V tomto článku sa budeme podrobne zaoberať tými analytickými metódami, ktoré sú založené na zmene energetického stavu jednotlivých atómov. Ide o optické metódy analýzy. Uveďme popis každého z nich, zdôrazni charakteristické črty.
Definícia
Optické metódy analýzy - súbor metód založených na zmene energetického stavu jednotlivých atómov. Ich druhé meno je atómová spektroskopia.
Optické metódy analýzy sa budú líšiť v spôsobe získavania a ďalšieho zaznamenávania signálu (potrebného na analýzu). Na ich označenie sa používa aj skratka OMA. Optické metódy analýzy sa používajú na štúdium energetických tokov valencie, vonkajších elektrónov. Všetkej ich rozmanitosti je spoločná potreba predbežného rozkladu na atómy (atomizácie) analyzovanej látky.
Typy metód
Už vieme, čo presne je optická metóda analýzy. Zvážte teraz rozmanitosť týchto metód:
- Refraktometriaanalýza.
- Polarimetrická analýza.
- Súbor metód optickej absorpcie.
Každú z pozícií tejto klasifikácie optických metód analýzy budeme analyzovať ďalej samostatne.
Refraktometrická odroda
Kde možno použiť index lomu? Tento typ opticko-spektrálnej metódy analýzy je široko používaný pri štúdiu potravinárskych produktov - tuk, paradajky, rôzne šťavy, džem, džem.
Analýza lomu je založená na meraní indexu lomu (iný názov je lom), pomocou ktorého možno spoľahlivo posúdiť povahu konkrétnej látky, jej čistotu a percento v hmotnostných roztokoch.
Lom svetelného lúča vždy nastane na hranici dvoch rôznych médií za predpokladu, že majú rozdielnu hustotu. Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu bude relatívny index lomu druhej látky k prvej. Táto hodnota sa považuje za konštantnú.
Od čoho závisí index lomu? V prvom rade z podstaty hmoty. Tu záleží aj na vlnovej dĺžke svetla a teplote.
Ak uhol svetla klesne pod 90 stupňov, táto poloha sa bude považovať za hraničný uhol lomu. Jeho hodnota bude závisieť iba od indikátorov tých médií, cez ktoré svetlo prechádza. čo to dáva? Ak je index lomu prvého média pre výskumníka otvorený, potom po zmeraní medzného uhla lomu druhého môže určiť index lomu média, ktoré ho už zaujíma.
Polarimetrická odroda
Pokračujeme v analýze základov optických metód analýzy. Polarimetria je založená na vlastnosti určitých typov látok meniť vektor oscilácií svetla.
Látky, ktoré majú túto pozoruhodnú vlastnosť, keď cez ne prechádza polarizovaný lúč, sa nazývajú opticky aktívne. Napríklad štrukturálne vlastnosti molekúl celej hmoty cukrov určujú prejav optickej aktivity v rôznych roztokoch.
Polarizovaný lúč prechádza vrstvou roztoku takejto opticky aktívnej látky. Smer oscilácie sa zmení - rovina polarizácie sa v dôsledku toho pootočí o určitý uhol. Bude sa nazývať uhol natočenia roviny polarizácie. Táto pozícia závisí od nasledujúceho počtu faktorov:
- Otáčanie roviny polarizácie.
- Hrúbka a koncentrácia testovacej vrstvy roztoku.
- Vlnová dĺžka najviac polarizovaného lúča.
- Teplota.
Optická hustota látky bude v tomto prípade charakterizovaná špecifickou rotáciou. Aká je táto hodnota? Rozumie sa pod ním uhol, o ktorý sa otočí rovina polarizácie pri prechode polarizovaného lúča cez roztok. Nasledujúce podmienené hodnoty sú akceptované:
- 1 ml roztoku.
- 1 g látky rozpustenej v tomto objeme roztoku.
- Hrúbka vrstvy roztoku (alebo dĺžka polarizačnej trubice) je 1 dm.
Optická absorpciaodroda
Pokračujeme v oboznamovaní sa s optickými metódami analýzy v analytickej chémii. Ďalšou kategóriou v klasifikácii je optická absorpcia.
Sem patria tie metódy analýzy, ktoré sú založené na absorpcii elektromagnetického žiarenia analyzovanými látkami. Dnes sa považujú za najbežnejšie vo výskumných, vedeckých a certifikačných laboratóriách.
Keď je svetlo absorbované, molekuly a atómy absorbujúcich látok prejdú do nového vzrušeného stavu. Už v závislosti od rozmanitosti takýchto látok, ako aj od schopnosti transformovať energiu, ktorú absorbujú, sa rozlišuje celý rad absorpčných optických metód. Podrobnejšie ich predstavíme v nasledujúcom podnadpise.
Klasifikácia metód optickej absorpcie
Upozorňujeme na klasifikáciu týchto metód optickej analýzy v chémii. Je reprezentovaný štyrmi pozíciami:
- Atómová absorpcia. Čo je tu zahrnuté? Toto je analýza založená na absorpcii svetelnej energie atómami skúmaných látok.
- Absorpčná molekulárna. Táto metóda je založená na absorpcii svetla komplexnými iónmi a molekulami študovanej, analyzovanej látky. Veľká pozornosť sa tu venuje infračerveným, viditeľným a ultrafialovým zónam spektra. Podľa toho ide o fotokolorimetriu, spektrofotometriu, IČ spektroskopiu. Čo je dôležité tu zdôrazniť? Spektrofotometria a fotokolorimetria sú založené na interakcii žiarenia s množstvom homogénnych systémov. Preto vV analytickej chémii sa často spájajú do jednej skupiny - fotometrické metódy.
- Nefelometria. Tento typ analýzy je založený na absorpcii a ďalšom rozptyle svetelnej energie suspendovanými časticami skúmanej látky.
- Fluorometrická (alebo luminiscenčná) analýza. Metóda je založená na meraní žiarenia, ktoré sa objaví, keď sa energia uvoľní excitovanými molekulami látky, ktorú výskumník študuje. Reprezentované fluorescenciou a fosforescenciou. Budeme ich analyzovať samostatne.
Luminiscencia
Luminiscencia sa vo vedeckom svete vo všeobecnosti nazýva žiara atómov, molekúl, iónov a iných zložitejších častíc a zlúčenín hmoty. Objavuje sa ako výsledok prechodu elektrónov do normálneho stavu z excitovaného stavu.
Aby teda látka začala luminiscovať, musí sa jej zvonku dodať určité množstvo energie. Častice skúmanej látky budú absorbovať energiu a prejdú do excitovaného stavu, v ktorom zostanú určitý čas. Potom sa vráťte do predchádzajúceho stavu pokoja a zároveň rozdajte časť svojej vlastnej energie vo forme kvanta luminiscencie.
Fosforescencia a fluorescencia
V závislosti od typu excitovaného stavu, ako aj doby zotrvania látky v ňom, existujú dva typy luminiscencie - fosforescencia a fluorescencia. Každá z nich vyniká svojimi charakteristickými vlastnosťami:
- Fluorescencia. Akási samoluminiscencia určitej látky, ktorábude pokračovať len pri ožiarení. Keď výskumník odstráni zdroj excitácie, žiara sa zastaví buď okamžite, alebo po 0,001 sekunde.
- Fosforescencia. Druh samoluminiscencie určitej látky, ktorá bude pokračovať, aj keď sa vypne svetlo, ktoré ju vzrušuje.
Je to fosforescencia, ktorá sa používa na štúdium potravinárskych produktov. Luminiscenčná výskumná metóda pomáha odhaliť látku v skúmanej vzorke v jej koncentrácii 10-11g/g. Táto metóda bude dobrá na stanovenie určitých druhov vitamínov, prítomnosti bielkovín a tukov v mliečnych výrobkoch, štúdium čerstvosti mäsa a rybích výrobkov, diagnostiku poškodenia ovocia, zeleniny a bobúľ. Luminiscenčný výskum sa tiež používa na zisťovanie liečivých inklúzií, konzervačných látok, pesticídov a rôznych karcinogénnych látok vo výrobkoch.
Celá absorpčná skupina sa často spája do spektrochemickej (alebo spektroskopickej) kategórie v klasifikácii optických metód analýzy v analytickej chémii. Napriek tomu, že metódy sú vo svojej podstate odlišné, všetky majú jedno spoločné: sú založené na rovnakých zákonoch absorpcie svetla. Zároveň však existujú značné rozdiely v type absorbujúcich častíc, hardvérovom dizajne štúdie atď.
Fotometrická rozmanitosť
Názov súboru metód spektrálnej molekulovej absorpčnej analýzy. Sú založené na selektívnej absorpciielektromagnetické žiarenie vo viditeľnej, ultrafialovej, infračervenej oblasti molekulami skúmanej zložky. Jeho koncentráciu určuje odborník podľa zákona Bouguer-Lambert-Beer.
Fotometrická analýza zahŕňa fotometriu, spektrofotometriu a fotokolorimetriu.
Fotoelektrokolorimetrická odroda
Fotoelektrokolorimetrická metóda je objektívnejšia v porovnaní s vizuálnou kolorimetriou. V súlade s tým poskytuje presnejšie výsledky výskumu. Používajú sa tu rôzne FEC - fotoelektrické kolorimetre.
Svetelný tok pri prechode cez farebnú kvapalinu je čiastočne absorbovaný. Jeho zvyšok dopadá na fotobunku, kde vzniká elektrický prúd, ktorý registruje ampérmeter. Čím intenzívnejšia je koncentrácia roztoku, tým väčšia je jeho optická hustota. Čím väčší je stupeň absorpcie svetla a tým menšia je sila výsledného fotoprúdu.
Preskúmali sme celú klasifikáciu metód optickej analýzy, ktoré sa dnes používajú v analytickej chémii: refraktometrické, polarimetrické, optická absorpcia. Spája ich potreba predbežnej atomizácie látky. Zároveň sa však každá z metód vyznačuje svojimi charakteristickými vlastnosťami - rôznymi spôsobmi prijímania a registrácie signálu na analýzu.
