В тази статия ще разгледаме подробно онези аналитични методи, които се основават на промяна на енергийното състояние на отделните атоми. Това са оптични методи за анализ. Нека дадем описание на всеки от тях, да подчертаем отличителните черти.
Определение
Оптични методи за анализ - набор от методи, базирани на промяна на енергийното състояние на отделните атоми. Второто им име е атомна спектроскопия.
Оптичните методи за анализ ще се различават по метода на получаване и по-нататъшно записване на сигнала (изисква се за анализ). За обозначаването им се използва и абревиатурата OMA. Оптичните методи за анализ се използват за изследване на енергийните потоци на валентни, външни електрони. Общото за цялото им разнообразие е необходимостта от предварително разлагане на атоми (атомизация) на анализираното вещество.
Видове метод
Вече знаем какво точно е оптичен метод за анализ. Помислете сега за разнообразието от тези методи:
- Рефрактометриченанализ.
- Поляриметричен анализ.
- Набор от методи за оптична абсорбция.
Ще анализираме всяка от позициите на тази класификация на оптичните методи за анализ допълнително поотделно.
Рефрактометрично разнообразие
Къде е приложим коефициентът на пречупване? Този вид оптико-спектрален метод за анализ намира широко приложение при изследването на хранителни продукти - мазнини, домати, различни сокове, конфитюри, конфитюри.
Анализът на пречупване се основава на измерване на индекса на пречупване (друго име е рефракция), който може да се използва за надеждно преценка на естеството на определено вещество, неговата чистота и процент в масовите разтвори.
Пречупването на светлинен лъч винаги ще се случва на границата на две различни среди, при условие че имат различна плътност. Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване ще бъде относителният индекс на пречупване на второто вещество към първото. Тази стойност се счита за постоянна.
От какво зависи индексът на пречупване? На първо място, от природата на материята. Дължината на вълната и температурата на светлината също имат значение тук.
Ако ъгълът на светлината падне на 90 градуса, тази позиция ще се счита за ограничаващ ъгъл на пречупване. Стойността му ще зависи само от индикаторите на тези среди, през които преминава светлината. Какво дава? Ако коефициентът на пречупване на първата среда е отворен за изследователя, тогава след измерване на граничния ъгъл на пречупване на втората, той може да определи коефициента на пречупване на средата, която вече го интересува.
Поляриметрично разнообразие
Продължаваме да анализираме основите на оптичните методи за анализ. Поляриметричният се основава на свойството на определени видове вещества да променят вектора на светлинните трептения.
Веществата, които притежават това забележително свойство, когато поляризиран лъч преминава през тях, се наричат оптически активни. Например, структурните особености на молекулите на цялата маса захари определят проявата на оптична активност в различни разтвори.
Поляризиран лъч се пропуска през слой от разтвор на такова оптично активно вещество. Посоката на трептене ще се промени - равнината на поляризация в резултат на това ще се завърти на определен ъгъл. Ще се нарече ъгъл на въртене на равнината на поляризация. Тази позиция зависи от следния брой фактори:
- Въртене на равнината на поляризация.
- Дебелина и концентрация на тестовия слой на разтвора.
- Дължината на вълната на най-поляризирания лъч.
- Температура.
Оптичната плътност на веществото в този случай ще се характеризира със специфично въртене. Каква е тази стойност? Под него се разбира ъгълът, през който равнината на поляризация се върти, когато поляризиран лъч преминава през разтвора. Приемат се следните условни стойности:
- 1 ml разтвор.
- 1 g вещество, разтворено в този обем разтвор.
- Дебелината на слоя разтвор (или дължината на поляризационната тръба) е 1 dm.
Оптична абсорбцияразнообразие
Продължаваме да се запознаваме с оптичните методи за анализ в аналитичната химия. Следващата категория в класификацията е оптичното поглъщане.
Това включва онези методи за анализ, които се основават на поглъщането на електромагнитно лъчение от анализираните вещества. Днес те се считат за най-често срещаните в изследователски, научни, сертифициращи лаборатории.
Когато светлината се абсорбира, молекулите и атомите на абсорбиращите вещества ще преминат във възбудено ново състояние. Вече, в зависимост от разнообразието от такива вещества, както и способността за трансформиране на погълнатата от тях енергия, се разграничава цял набор от абсорбционни оптични методи. Ще ги представим по-подробно в следващото подзаглавие.
Класификация на методите за оптична абсорбция
Предлагаме на вашето внимание класификацията на тези методи за оптичен анализ в химията. Представен е от четири позиции:
- Атомна абсорбция. Какво е включено тук? Това е анализ, базиран на поглъщането на светлинна енергия от атомите на изследваните вещества.
- Абсорбираща молекула. Този метод се основава на поглъщането на светлина от сложни йони и молекули на изследваното, анализирано вещество. Тук се обръща голямо внимание на инфрачервените, видимите и ултравиолетовите зони на спектъра. Съответно това са фотоколориметрия, спектрофотометрия, IR спектроскопия. Какво е важно да се подчертае тук? Спектрофотометрията и фотоколориметрията се основават на взаимодействието на радиацията с редица хомогенни системи. Следователно, вВ аналитичната химия те често се комбинират в една група - фотометрични методи.
- Нефелометрия. Този тип анализ се основава на поглъщането и по-нататъшното разсейване на светлинната енергия от суспендирани частици на изследваното вещество.
- Флуорометричен (или луминесцентен) анализ. Методът се основава на измерване на радиация, която се появява, когато енергията се отделя от възбудените молекули на веществото, което се изследва от изследователя. Представен чрез флуоресценция и фосфоресценция. Ще ги анализираме отделно.
Луминесценция
Луминесценция като цяло в научния свят се нарича сияние на атоми, молекули, йони и други по-сложни частици и съединения на материята. Появява се в резултат на прехода на електрони в нормално състояние от възбудено състояние.
Така, за да започне дадено вещество да луминисцира, определено количество енергия трябва да му бъде подадено отвън. Частиците на изследваното вещество ще абсорбират енергия, преминавайки във възбудено състояние, в което ще останат за определен период от време. След това се върнете към предишното състояние на покой, като същевременно отделя част от собствената си енергия под формата на луминесцентни кванти.
Фосфоресценция и флуоресценция
В зависимост от вида на възбуденото състояние, както и от времето на пребиваване на веществото в него, има два вида луминесценция - фосфоресцентна и флуоресцентна. Всеки от тях се откроява със своите отличителни характеристики:
- Флуоресценция. Един вид самолуминисценция на определено вещество, коетоще продължи само при облъчване. Когато изследователят премахне източника на възбуждане, сиянието ще спре или незабавно, или след 0,001 секунди.
- Фосфоресценция. Един вид самолуминисценция на определено вещество, което ще продължи дори когато светлината, която го възбужда, бъде изключена.
Фосфоресценцията се използва за изследване на хранителни продукти. Луминесцентният метод за изследване помага да се открие вещество в изследваната проба при концентрация от 10-11g/g. Този метод ще бъде добър за определяне на определени видове витамини, наличието на протеини и мазнини в млечните продукти, изучаване на свежестта на месни и рибни продукти, диагностициране на увреждане на плодове, зеленчуци и плодове. Също така, луминесцентните изследвания се използват за откриване на медицински включвания, консерванти, пестициди и различни канцерогенни вещества в продуктите.
Цялата абсорбционна група често се комбинира в спектрохимична (или спектроскопична) категория в класификацията на оптичните методи за анализ в аналитичната химия. Въпреки факта, че методите са по своята същност различни, всички те имат едно общо нещо: те се основават на едни и същи закони за поглъщане на светлината. Но в същото време има значителни разлики във вида на абсорбиращите частици, хардуерния дизайн на изследването и т.н.
Фотометрично разнообразие
Име на набора от методи за спектрален молекулен абсорбционен анализ. Те се основават на селективно усвояванеелектромагнитно излъчване във видимата, ултравиолетовата и инфрачервената област от молекулите на изследвания компонент. Концентрацията му се определя от специалист съгласно закона на Бугер-Ламберт-Бира.
Фотометричният анализ включва фотометрия, спектрофотометрия и фотоколориметрия.
Фотоелектроколориметрично разнообразие
Фотоелектроколориметричният метод е по-обективен в сравнение с визуалната колориметрия. Съответно дава по-точни резултати от изследванията. Тук се използват различни FEC - фотоелектрични колориметри.
Светлинният поток при преминаване през оцветена течност се абсорбира частично. Останалата част пада върху фотоклетката, където възниква електрически ток, който регистрира амперметър. Колкото по-интензивна е концентрацията на разтвора, толкова по-голяма е неговата оптична плътност. Колкото по-голяма е степента на поглъщане на светлината и толкова по-малка е силата на получения фототок.
Разгледахме цялата класификация на методите за оптичен анализ, използвани днес в аналитичната химия: рефрактометрични, поляриметрични, оптични абсорбционни. Те са обединени от необходимостта от предварително атомизиране на веществото. Но в същото време всеки от методите се отличава със своите отличителни характеристики - разновидности на получаване и регистриране на сигнал за анализ.
