Схема и принцип действия фотометра люминесцентного.(сх см. в конце)

Принцип действия этого фотометра ос­нован на сравнении интенсивности люминесценции растворов, воз­буждаемой излучением лампы.

В оптической схеме можно выделить ветвь возбуждающего излучения и ветвь флуоресцентного излучения - измерительную ветвь. В ветвь возбуждающего излучения входят следующие элементы: ис­точник света 1, дающий излучение в диапазоне 300-600 нм; линза 2, с помощью которой расходящийся пучок от источника преобразуется в пучок параллельных лучей. для подбора характеристик возбуж­дающего излучения в параллельном ходе лучей установлены сетчатые ослабители 3, 4 и переменная ирисовая диафрагма 11, регулирующие интенсивность, и избирательные поглотители 5-10, т.е. цветные фильтры, с помощью которых подбирается спектральная характеристика возбуждающего излучения. Параллельный пучок лучей с помощью фокусирующей линзы 12 собирается в центре кювет 17 с исследуемым веществом, которые вводятся в измерительную ветвь поочередно. Каждая кювета имеет свою светоловушку 15. Светоловушки 15 и поворотное зеркало 16 предназначены для отвода потока возбуждения, прошедшего через кювету, и снижения фоновых помех.

Ветвь флуоресцентного излучения, т. н. измерительная ветвь, расположена под углом 90° к направлению возбуждающего излуче­ния. Для уменьшения рассеяния света перед кюветой на входе и вы­ходе установлены ограничительные диафрагмы 14 и 18. Изображение светящегося объема люминесцирующего вещества из центра кюветы передается на входную щель 21 монохроматора. Перед входной ще­лью 21 установлено модулирующее устройство - обтюратор 20 - диск с отверстием, вращающийся с определенной скоростью. Благо­даря обтюратору непрерывный световой поток люминесценции пре­образуется в прерывистый, что необходимо для получения на выходе из прибора переменного электрического тока. Монохроматор в данном приборе работает по симметричной схеме с двумя сферическими объективами 25 (т.н. схема Черни-Тернера). Этот блок предназначен для выделения из потока флуоресцентного излучения лучей с опреде­ленной длиной волны, на которой проводится измерение. Поток флуоресцентного излучения, пройдя входную щель 21 и фильтры 22, 23, устраняющие наложение спектров разных порядков, попадает на поворотное зеркало 24, направляющее его на объектив -25. Этот объ­ектив направляет полихроматический пучок на диспергирующий эле­мент монохроматора - дифракционную решетку 26, имеющую 600 штрих./мм. На дифракционной решетке полихроматическое излуче­ние разлагается на составляющие его монохроматические компонен­ты. Выделение требуемой волны диапазона 400-800 нм производится поворотом дифракционной решетки, выделенное излучение фокусирующим объективом 25 направляется на поворотное зеркало 24 и че­рез выходную щель 27 - на фотоприемник 31. Линза 28, зеркало 29 и объектив 30 предназначены для фокусировки выходящего светового пучка на катоде фотоприемника 31, в качестве которого в приборе ФЛ используется фотоумножитель ФЭУ-79. Измерительным прибором является микроамперметр со шкалой 0-100 мкА.

Качественное определение: спектры флуоресценции растворов большинства орг. вещ-в малоспецифичны. Однако для порфиринов, витаминов, антибиотиков, хлорофилла и др. в спектрах люминесценции кот. имеются характеристические полосы, при использовании лазерных источников возбуждающего излучения пределы обнаружения составляют 10^–7−10^–11%. Для повышения специфичности и выявления структуры используют низкие температуры снимания спектров, подбор растворителей, проводят предварительное разделение многокомпонентных смесей экстракцией, хроматографией.

Флуоресцентный метод может быть использован для прямого и косвенного количественного анализа.

Прямые определения ведут непосредственно по флуоресценции исследуемого образца. Они применяются чаще при анализе органич. веществ. Индентификация органических веществ прямым флуоресцентным методом достаточно затруднительна: большинство органических веществ малоспецифичны. Они чаще всего представляют собой широкие полосы, прекрывающиеся или даже совпадающие у разных веществ. Среди неорганических очень мало веществ, способных флуоресцировать самостоятельно (исключение – соединения урана, церин, самария европия), поэтому их определяют косвенно. Эти определе­ния основаны на том, что при взаимодействии неорганического иона с органическим соединением может протекать одна из трек реакций, приводящих к:

– возникновению флуоресценции в присутствии определяемого катиона при использовании нефлуоресцирующего реагента (Напр, оксихинолин не флуоресцирует, но в присутствии различных катионов он дает флуоресцентное свечение разного цвета, т.е. позволяет прово-дить качественное определение катионов. По интенсивности свечения может быть определено и количественное содержание катиона. Чув-ствительность метода при использовании оксихинолина 0,025–1,0 мкг/см³;).

– изменению флуоресценции реагента в присутствии анализи­руемого катиона (ализарин, морин, родамин и др., изменяют цвет своего флуоресцентного свечения и его интенсивность в присутствии различных катионов, так алюминий может быть обнаружен в минимальной концентрации 0,0005 мкг/см³).

– гашению флуоресценции органического реагента в присутствии анализируемого катиона (ион фтора, который гасит флюоресценцию комплекса алюминия с флуоресцеином).

Кристаллофосфорная методика анализа, основанная на том, что при спекании соединений типа А_IIВ_YI (CаО, ZnS), А_II,B_Y (Ga, As), щелочногалоидных солей и других с соединениями, содержащими Аg, Си, Мg, редкоземельные элементы образуются т. н. кристаллофосфоры – соединения, которые могут давать люминесцентное свечение при возбуждении светом, электрическим полем.

Хемилюминесцентный анализ осн. на измерении свечения, возникающего в результате ОВР орг. вещ-в, например люминола, люцигенина и других, с катионами переходных металлов, напр. Fe(III), Co(II), Cu(II). При этом можно определить колич. содерж. по изменению интенсивности свечения. Предел обнаружения 5∙10–7%.

Люминесценцию используют в иммунохимическом анализе для определения антител, гормонов, ле­карственных препаратов, вирусных и бактериальных антител.При этом флуоресцирующее вещество, например редкоземельные элементы, присоединяют непосредственно к антителу и проводят измерение интенсивности люминесценции. Достоинства метода: 1)высокая чувствительность 10^–14−10^–16 моль/л;2)высокая точность, достигающая 0,1−1,0%. Недостаток:низкая селективность при проведении качественного анализа.

49. Классификация, основы теории атомных и молекулярных спектров. Атомно-эмиссионный анализ – физические основы метода, блок-схема спектрометра и функции основных узлов. Аналитические характеристики и применение атомно-эмиссионной спектроскопии.

Классиф. спектральн методов: 1)По областям электромаг изл-ния (радиочастотная, микроволновая, ИК, видимая, УФ, рентгеновская, гамма-лучевая спектроскопия). 2)По хар-ру взаимод с в-вом (абсобционная, эмиссионная, комбинационного рассеяния и спектроскопия отражения).3)По типу изучаемых объектов (1.атомная:изучает вещ. в состоянии разреженного пара или газа и может дать информацию только об элементном составе; 2.молекулярная: не только элементный состав, но и как атомы соединены в молекуле).4)По фазовому состоянию объекта (спектроскопия газов, жидкостей, растворов, твердых тел).5)по хар-ру изучения – классическая (некогерентного изл-ия) и лазерную (когерентного изл-ия).

Спектроскопия базируется на квантовой теории, согл. кот. в изолированном атоме распределение электронов по электр. оболочкам (энерг.уровням) соответствует минимуму внутренней энергии. Взаимодействие с электромагнитным излучением может приводить к ионизации или к переходам электронов на возбужденные уровни. Совокупность различных порций энергии (квантов), которые могут быть поглощены атомами данного элемента при переходе их внешних электронов с более низких уровней на более высокие, образуется его спектр поглощения, состоящий из большого числа линий, имеющих длины волн l и частоты n, зависящие от разности соответствующих уровней.

поглощнение

Спектр поглощения (спектр атомной абсорбции), отображающий способность атомов каждого элемента поглощать только строго определенный набор длин волн, является характеристичным в такой же степени, как и спектр испускания (эмиссии), т.к. спектр испускания определяется той же системой энергетических состояний валентных электронов.

Молекулярные спектры – это спектры испускания, поглощения или комбинационного рассеяния электромагнитного излучения свободными или слабо связанными молекулами.. Они имеют вид совокупности полос в УФ, видимой, инфракрасной и радиоволновой областях спектра. Положение полос в спектрах испускания и поглощения характеризуется частотами n, длинами волн l = c/n или волновыми числами ν=1/l, как правило в их максимуме, и определяется разностью энергий Екон. и Енач., между которыми происходит переход hl= Екон - Екач. Традиционно к собственно молекулярным спектрам относятся только спектры, связанные с оптическими переходами между электронно-колебательно-вращательными уровнями энергии молекулы, связанными с тремя основными типами энергетических уровней молекулы. Емол=Еэл.+Екол.+Евр. При этом Еэл.>Екол.>Евр. Таким образом, у молекулы не может быть чисто электронных переходов, а возможны только электронно-колебательно-вращательные (ЭКВ) переходы. число ЭКВ-переходов у молекулы заведомо больше, чем электронных переходом у атомов.

Возникновение спектров эмиссии (испускания) связано с тем, что состояние поглотившего дополнительную энергию возбуждения, является неустойчивым. Возбужденные атомы, точнее электроны внешних оболочек, перешедшие на более высокие энергетические уровни примерно через 10^-8 сек после возбуждения возвращаются в исходное состояние, отдавая избыточную энергию в виде электромагнитного излучения с частотой (длиной волны), соответствующей энергии энергетических уровней, между которыми происходит переход.

В основе атомно-эмиссионного анализа лежат спектры излучения, которое испускает анализируемое вещество. Оптические спектры атомной эмиссии являются следствием только спонтанных (самопроизвольных) переходов валентных электронов возбужденных атомов в основное состояние или состояние с меньшей степенью возбуждения. Они состоят из отдельных линий, поэтому их называют дискретными линейчатыми спектрами.

Для каждого химического элемента характерен свой вид спектра, характеризующийся индивидуальными значениями длин волн λ отдельных спектральных линий и их интенсивностью I. Спектр атомной эмиссии возбужденного вещества, состоящего из атомов различных элементов, является аддитивным спектром, в состав которого входят характеристичные спектральные линии всех этих элементов.

Длины волн λ характеристических спектральных линий используются для качественного анализа – установления наличия соответсв. хим. элемента в анализируемом веществе.

Интенсивность I спектральных линий применяется для количе-ственного анализа, поскольку она зависит, кроме энергии соответ-ствующего ей спонтанного перехода электрона из возбужденного со-стояния в основное, от вероятности такого перехода и числа частиц, участвующих в нем. Наибольшую интенсивность имеют резонансныелинии, вследствие чего они наиболее часто используются в аналитиче-ской практике, поскольку обеспечивают максимальную чувствитель-ность анализа.

1- источник возбуждения; 2-модулятор; 3-анализатор; 4-детектер; 5- регистрирующее устройство.

Анализируемый образец, прошедший этап пробоподготовки, вносят в источник возбуждения, где происходит его испарение и атомизация, а также возбуждение атомов. Внешние валентные электроны атомов анализируемого вещества благодаря энергии, поглощенной в источнике возбуждения, переходят на более высокие энергетические уровни, чем в основном состоянии. Само­произвольный возврат электронов из неустойчивого возбужденного состояния на основной энергетический уровень, соответствующий минимуму внутренней энергии анализируемых атомов, сопровож­дается испусканием излучения с характеристическими для каждого вида атомов длинами волн. Это излучение, пройдя модулирующее устройство, попадает на анализатор. Механический или электронный модулятор прерывает излучение и регистрируемый на самописце сигнал становится сигналом переменного тока фиксированной частоты. Это позволяет проще усиливать сигнал (т.к. усилители переменного тока более просты и удобны в работе) и снизить погрешности измерений. В анализаторе, называемом также спектральным прибором, мо­нохроматором, производится разделение излучения, поступающего от источника возбуждения, по частотам и выделение спектральных линий определяемых элементов. Эти линии фиксируются детектором, т.е. приемником излучения, и регистрируются самописцем или фотографическим методом.