Смекни!
smekni.com

Люминесцентный анализ методические рекомендации (стр. 1 из 4)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Н.В. Степанова, Т.В. Сеношенко,

Н.А. Крамаренко, З.В. Татарникова

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ

по курсу «Аналитическая химия и физико-химические методы

анализа» для студентов специальностей 240701, 240702, 240901, 260204 и для специальности 080401 по курсу «Физико-химические

методы анализа» всех форм обучения

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического университета

им. И.И. Ползунова

2010

УДК 543. 06(075.8)

Рецензент: к.т.н. К.С. Барабошкин ФНПЦ «Алтай»

Степанова, Н.В.

Люминесцентный анализ: методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсу «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов специальностей 240701, 240702, 240901, 260204 и для специальности 080401 по курсу «Физико-химические методы анализа» всех форм обучения / Н.В. Степанова, Т.В. Сеношенко, Н.А. Крамаренко, З.В. Татарникова; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – 20 с.

Методические рекомендации составлены для студентов специальностей «Химическая технология органических соединений азота» (240701), «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив (240702), «Биотехнология» (240901), «Технология бродильных производств и виноделие» (260204), «Товароведение и экспертиза товаров» (080401) в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (Москва, 2000 г.).

Настоящие методические рекомендации содержат основные сведения о люминесцентном методе анализа различных веществ.

Приводятся краткие теоретические положения люминесцентного метода анализа и рекомендации к выполнению двух лабораторных работ с помощью флуориметрического метода анализа.

Методические рекомендации содержат вопросы и задачи для контроля знаний студентов по рассматриваемой теме.

УДК 543. 06(075.8)

Рассмотрены и одобрены на заседании

кафедры общей химии и экспертизы товаров.

Протокол № 70-05/08 от 02.09.2008 г.

© Н.В. Степанова, Т.В. Сеношенко,

Н.А. Крамаренко, З.В. Татарникова, 2010

© БТИ АлтГТУ, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1 Теоретическая часть……………………………………………………..4

1.1 Теоретические основы люминесцентного анализа……………4

1.2 Методы определения содержания веществ

в люминесцентном анализе………………………………………………..7

1.3 Флуориметрия……………………………………………………9

1.4 Аппаратура для люминесцентного анализа…………………..11

2 Экспериментальная часть……………………………………………...12

2.1 Определение содержания рибофлавина (витамин В2) ………12

2.2 Флуориметрическое определение содержания

родамина 6Ж……………………………………………………………....16

3 Общие указания к лабораторным работам……………………………17

4 Контрольные вопросы для допуска к выполнению

лабораторных работ………………………………………………………18

5 Вопросы для защиты работ…………………………………………….18

Литература………………………………………………………………...19

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Теоретические основы люминесцентного анализа

Способность атомов и молекул поглощать энергию, поступающую к ним извне, вызывает новое энергетическое состояние вещества, кото­рое называется возбужденным. Избыточная энергия атомов или моле­кул, полученная при возбуждении, может быть израсходована на отрыв электронов - ионизацию вещества; на какие-либо фотохимические реакции; на нагрев вещества, т. е. переход избыточной энергии в теп­ловую. Кроме того, возбужденные атомы или молекулы способны отда­вать всю избыточную энергию или часть ее в виде света. Как правило, большинство твердых веществ при сильном нагревании светятся. Та­кое свечение раскаленных тел называют температурным или тепловым излучением. Чем больше энергии при данной температуре поглощает тело, тем оно больше ее излучает.

У некоторых веществ наблюдается свечение и без нагревания при комнатной температуре, которое называют холодным свечением или лю­минесценцией. В отличие от температурного люминесцентное излучение является неравновесным и продолжается относительно долгое время после прекращения действия внешнего возбуждающего фактора.

Таким образом, люминесценция – свечение вещества после поглощения им энергии возбуждения:

MM + .

Переходя в более низкое энергетическое состояние, возбужденные частицы испускают квант света – люминесцируют. Длительность послесвечения для различных люминесцирующих веществ различна: от миллиардных долей секунды (для отдельных атомов и молекул) до часов и даже нескольких суток (для кристаллофосфоров).

Явления люминесценции многообразны по свойствам и происхож­дению. Различные виды люминесценции определяются характером энергии возбуждения, продолжительностью свечения и химическими свойствами люминесцирующих веществ. В зависимости от вида люми­несценции рассматривают следующие разделы люминесцентного ана­лиза: 1) фотолюминесценция, или флуоресценция, основанная на свече­нии вещества при поглощении лучистой, или световой энергии;

2) катодолюминесценция, вызванная бомбардировкой быстролетящих элект­ронов; 3) хемилюминесценция - свечение веществ под действием

некоторых химических процессов; 4) триболюминесценция - люми­несценция трения и т. п.

Все люминесцирующие вещества имеют общее название люминофо­ры.

Неорганические люминофоры называют чаще всего просто люмино­форами, а органические - органолюминофорами. Органические и неорганические люминофоры существенно отличаются по природе све­чения. У первых процессы поглощения возбуждающего света и излу­чения протекают в пределах каждой способной люминесцировать мо­лекулы. У вторых, чаще всего активированных и имеющих кристалли­ческую структуру, в акте люминесценции участвуют не отдельные ато­мы и молекулы, а кристаллы. Эти люминофоры называют кристаллофосфорами.

Известно два механизма возникновения свечения: 1) свечение от­дельных центров, когда процесс возникновения люминесценции проте­кает лишь в одной частице (центр свечения), являющейся как поглоти­телем энергии, так и излучателем световых квантов, и 2) рекомбинационные процессы свечения, при которых, как правило, поглощение энергии осуществляется не теми частицами, которые излучают световые кванты.

По первому механизму осуществляется свечение большинства ор­ганических веществ в растворе, в том числе и внутрикомплексных сое­динений органических люминесцентных реагентов с катионами. Све­чение кристаллов с решетками молекулярного типа, например, нафта­лина, антрацена и их производных, определяется рекомбинационными процессами. Такое свечение наблюдается и у сульфида цинка, сульфида кадмия, оксида кальция и т. п., кристаллические решетки которых обладают некоторыми дефектами, вызванными внедрением примесей (или акти­ваторов) - ионов тяжелых металлов. В этом случае в возникновении флуоресценции принимает участие весь кристалл в целом, такой вид свечения называют свечением кристаллофосфоров.

В качественном люминесцентном анализе по цвету свечения и особенно по спектрам люминесценции мож­но установить присутствие того или иного вещества в пробе. При со­поставлении спектров люминесценции пробы и индивидуальных ве­ществ, которые могут входить в состав пробы, основное внимание обращают на положение максимумов и ширину полос, наличие и ха­рактер их тонкой структуры. Установить присутствие вещества в пробе по цвету ее свечения или спектру люминесценции - задача не­простая. Сложность этой задачи обусловлена тем, что многие вещест­ва обладают одинаковым (с точки зрения восприятия человеческим глазом) свечением, а спектры их люминесценции состоят из широких, размытых полос.

В этом случае нельзя рассчитывать на успешную идентификацию веществ. Лишь немногие вещества обладают доста­точно четкими и характерными спектрами люминесценции, позво­ляющими надежно установить их присутствие в пробе. К ним отно­сятся соединения урана (VI), лантаноидов, бензопирены, порфирины и др.

При наличии в пробе нескольких люминофоров обычно проводят процедуру их разделения, используя чаще всего методы экстракции и хроматографии. Селективно возбуждая спектры люминесценции от­дельных компонентов, в некоторых случаях удается провести качест­венный анализ многокомпонентных проб, минуя процедуру предва­рительного разделения компонентов.

На основании изучения спектров люминесценции можно сделать некоторые выводы относительно химической структуры исследуемо­го вещества, а также проследить за изменением, претерпеваемым ве­ществом во времени. Для обнаружения веществ, не обладающих собственной люми­несценцией, используют реакции, приводящие к образованию люми­нофоров, - так называемые люминесцентные реакции. Иногда наличие искомого вещества в пробе удается установить по частичному или полному тушению люминесценции вспомогательного люминофора, введенного в пробу.

Количественный люминесцентный анализ базируется на зависимости между интенсивностью люминесценции If (отн. ед.) и со­держанием люминофора в пробе (с):

If = k .c, (1. 1)

где If - интенсивность люминесценции;