Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε λεπτομερώς εκείνες τις αναλυτικές μεθόδους που βασίζονται στην αλλαγή της ενεργειακής κατάστασης μεμονωμένων ατόμων. Αυτές είναι οπτικές μέθοδοι ανάλυσης. Ας δώσουμε μια περιγραφή για καθένα από αυτά, επισημάνουμε τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά.
Ορισμός
Οπτικές μέθοδοι ανάλυσης - ένα σύνολο μεθόδων που βασίζονται στην αλλαγή της ενεργειακής κατάστασης μεμονωμένων ατόμων. Το δεύτερο όνομά τους είναι ατομική φασματοσκοπία.
Οι οπτικές μέθοδοι ανάλυσης θα διαφέρουν ως προς τη μέθοδο λήψης και περαιτέρω εγγραφής του σήματος (απαιτείται για ανάλυση). Η συντομογραφία OMA χρησιμοποιείται επίσης για τον χαρακτηρισμό τους. Οι οπτικές μέθοδοι ανάλυσης χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των ενεργειακών ροών σθένους, εξωτερικών ηλεκτρονίων. Κοινή σε όλη την ποικιλομορφία τους είναι η ανάγκη για προκαταρκτική αποσύνθεση σε άτομα (ατομοποίηση) της αναλυόμενης ουσίας.
Τύποι μεθόδου
Γνωρίζουμε ήδη τι ακριβώς είναι μια οπτική μέθοδος ανάλυσης. Εξετάστε τώρα την ποικιλία αυτών των μεθόδων:
- Διαθλασιόμετροανάλυση.
- Πολωμετρική ανάλυση.
- Ένα σύνολο μεθόδων οπτικής απορρόφησης.
Θα αναλύσουμε κάθε μία από τις θέσεις αυτής της ταξινόμησης των οπτικών μεθόδων ανάλυσης περαιτέρω ξεχωριστά.
Διαθλασιμετρική ποικιλία
Πού ισχύει ο δείκτης διάθλασης; Αυτός ο τύπος οπτικοφασματικής μεθόδου ανάλυσης χρησιμοποιείται ευρέως στη μελέτη τροφίμων - λίπος, ντομάτα, διάφοροι χυμοί, μαρμελάδα, μαρμελάδα.
Η ανάλυση διάθλασης βασίζεται στη μέτρηση του δείκτη διάθλασης (άλλο όνομα είναι διάθλαση), ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κριθεί αξιόπιστα η φύση μιας συγκεκριμένης ουσίας, η καθαρότητά της και το ποσοστό σε διαλύματα μάζας.
Η διάθλαση μιας δέσμης φωτός θα συμβαίνει πάντα στο όριο δύο διαφορετικών μέσων, υπό την προϋπόθεση ότι έχουν διαφορετική πυκνότητα. Ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης θα είναι ο σχετικός δείκτης διάθλασης της δεύτερης ουσίας προς την πρώτη. Αυτή η τιμή θεωρείται σταθερή.
Από τι εξαρτάται ο δείκτης διάθλασης; Πρώτα από όλα, από τη φύση της ύλης. Το μήκος κύματος του φωτός και η θερμοκρασία έχουν επίσης σημασία εδώ.
Αν η γωνία του φωτός πέσει στις 90 μοίρες, αυτή η θέση θα θεωρηθεί ως η οριακή γωνία διάθλασης. Η τιμή του θα εξαρτηθεί μόνο από τις ενδείξεις αυτών των μέσων μέσω των οποίων διέρχεται το φως. Τι δίνει; Εάν ο δείκτης διάθλασης του πρώτου μέσου είναι ανοιχτός στον ερευνητή, τότε αφού μετρήσει την οριακή γωνία διάθλασης του δεύτερου, μπορεί να προσδιορίσει τον δείκτη διάθλασης του μέσου που ήδη τον ενδιαφέρει.
Πολωμετρική ποικιλία
Συνεχίζουμε να αναλύουμε τα βασικά των οπτικών μεθόδων ανάλυσης. Η πολωσιμετρία βασίζεται στην ιδιότητα ορισμένων τύπων ουσιών να αλλάζουν το διάνυσμα των φωτεινών ταλαντώσεων.
Οι ουσίες που έχουν αυτή την αξιοσημείωτη ιδιότητα, όταν μια πολωμένη δέσμη τις διέρχεται, ονομάζονται οπτικά ενεργές. Για παράδειγμα, τα δομικά χαρακτηριστικά των μορίων ολόκληρης της μάζας των σακχάρων καθορίζουν την εκδήλωση της οπτικής δραστηριότητας σε διάφορα διαλύματα.
Μια πολωμένη δέσμη διέρχεται από ένα στρώμα διαλύματος μιας τέτοιας οπτικά δραστικής ουσίας. Η κατεύθυνση της ταλάντωσης θα αλλάξει - το επίπεδο πόλωσης ως αποτέλεσμα αυτού θα περιστραφεί κατά μια ορισμένη γωνία. Θα ονομάζεται γωνία περιστροφής του επιπέδου πόλωσης. Αυτή η θέση εξαρτάται από τον ακόλουθο αριθμό παραγόντων:
- Περιστροφή του επιπέδου πόλωσης.
- Πάχος και συγκέντρωση του δοκιμαστικού στρώματος του διαλύματος.
- Το μήκος κύματος της πιο πολωμένης δέσμης.
- Θερμοκρασία.
Η οπτική πυκνότητα μιας ουσίας σε αυτήν την περίπτωση θα χαρακτηρίζεται από ειδική περιστροφή. Ποια είναι αυτή η τιμή; Εννοείται ως η γωνία μέσω της οποίας περιστρέφεται το επίπεδο πόλωσης όταν μια πολωμένη δέσμη διέρχεται από το διάλυμα. Γίνονται αποδεκτές οι ακόλουθες τιμές υπό όρους:
Διάλυμα
Οπτική απορρόφησηποικιλία
Συνεχίζουμε να εξοικειωνόμαστε με τις οπτικές μεθόδους ανάλυσης στην αναλυτική χημεία. Η επόμενη κατηγορία στην ταξινόμηση είναι η οπτική απορρόφηση.
Αυτό περιλαμβάνει εκείνες τις μεθόδους ανάλυσης που βασίζονται στην απορρόφηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τις αναλυόμενες ουσίες. Θεωρούνται σήμερα τα πιο κοινά σε ερευνητικά, επιστημονικά, εργαστήρια πιστοποίησης.
Όταν το φως απορροφάται, τα μόρια και τα άτομα απορροφητικών ουσιών θα περάσουν σε μια νέα διεγερμένη κατάσταση. Ήδη, ανάλογα με την ποικιλία τέτοιων ουσιών, καθώς και την ικανότητα μετατροπής της ενέργειας που απορροφάται από αυτές, διακρίνεται ένα ολόκληρο σύνολο οπτικών μεθόδων απορρόφησης. Θα τα παρουσιάσουμε αναλυτικότερα στον επόμενο υπότιτλο.
Ταξινόμηση μεθόδων οπτικής απορρόφησης
Φέρνουμε στην προσοχή σας την ταξινόμηση αυτών των μεθόδων οπτικής ανάλυσης στη χημεία. Αντιπροσωπεύεται από τέσσερις θέσεις:
- Ατομική απορρόφηση. Τι περιλαμβάνεται εδώ; Αυτή είναι μια ανάλυση που βασίζεται στην απορρόφηση της φωτεινής ενέργειας από τα άτομα των υπό μελέτη ουσιών.
- Απορροφητικό μοριακό. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην απορρόφηση φωτός από σύνθετα ιόντα και μόρια της μελετημένης, αναλυόμενης ουσίας. Μεγάλη προσοχή δίνεται εδώ στις υπέρυθρες, ορατές και υπεριώδεις ζώνες του φάσματος. Κατά συνέπεια, πρόκειται για φωτοχρωματομετρία, φασματοφωτομετρία, φασματοσκοπία υπερύθρων. Τι είναι σημαντικό να επισημάνουμε εδώ; Η φασματοφωτομετρία και η φωτοχρωματομετρία βασίζονται στην αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με μια σειρά από ομοιογενή συστήματα. Ως εκ τούτου, σεΣτην αναλυτική χημεία, συχνά συνδυάζονται σε μια ομάδα - φωτομετρικές μεθόδους.
- Νεφελομετρία. Αυτός ο τύπος ανάλυσης βασίζεται στην απορρόφηση και περαιτέρω διασπορά της φωτεινής ενέργειας από αιωρούμενα σωματίδια της υπό μελέτη ουσίας.
- Φθοριομετρική (ή φωταύγεια) ανάλυση. Η μέθοδος βασίζεται στη μέτρηση της ακτινοβολίας που εμφανίζεται όταν απελευθερώνεται ενέργεια από διεγερμένα μόρια της ουσίας που μελετά ο ερευνητής. Αντιπροσωπεύεται από φθορισμό και φωσφορισμό. Θα τα αναλύσουμε ξεχωριστά.
Φωτεινότητα
Φωτεινότητα γενικά στον επιστημονικό κόσμο ονομάζεται λάμψη ατόμων, μορίων, ιόντων και άλλων πιο πολύπλοκων σωματιδίων και ενώσεων της ύλης. Εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της μετάβασης των ηλεκτρονίων στην κανονική κατάσταση από τη διεγερμένη κατάσταση.
Έτσι, για να αρχίσει να φωτίζει μια ουσία, πρέπει να της παρέχεται ένα ορισμένο ποσό ενέργειας από το εξωτερικό. Τα σωματίδια της υπό μελέτη ουσίας θα απορροφήσουν ενέργεια, περνώντας σε μια διεγερμένη κατάσταση, στην οποία θα παραμείνουν για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Στη συνέχεια, επιστρέψτε στην προηγούμενη κατάσταση ηρεμίας, ενώ εκχωρεί ένα μερίδιο της δικής του ενέργειας με τη μορφή κβαντών φωταύγειας.
Φωσφορισμός και φθορισμός
Ανάλογα με τον τύπο της διεγερμένης κατάστασης, καθώς και τον χρόνο παραμονής της ουσίας σε αυτήν, υπάρχουν δύο τύποι φωταύγειας - ο φωσφορισμός και ο φθορισμός. Καθένα από αυτά ξεχωρίζει για τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του:
- Φθορισμός. Ένα είδος αυτοφωταύγειας μιας ορισμένης ουσίας, πουθα συνεχιστεί μόνο όταν ακτινοβοληθεί. Όταν ο ερευνητής αφαιρέσει την πηγή διέγερσης, η λάμψη θα σταματήσει είτε αμέσως είτε μετά από 0,001 δευτερόλεπτα.
- Φωσφορισμός. Ένα είδος αυτοφωταύγειας μιας συγκεκριμένης ουσίας που θα συνεχιστεί ακόμα και όταν σβήσει το φως που τη διεγείρει.
Είναι ο φωσφορισμός που χρησιμοποιείται για τη μελέτη των προϊόντων διατροφής. Η ερευνητική μέθοδος φωταύγειας βοηθά στην ανίχνευση μιας ουσίας στο υπό μελέτη δείγμα στη συγκέντρωσή της 10-11g/g. Αυτή η μέθοδος θα είναι καλή για τον προσδιορισμό ορισμένων τύπων βιταμινών, την παρουσία πρωτεϊνών και λιπών στα γαλακτοκομικά προϊόντα, τη μελέτη της φρεσκάδας του κρέατος και των προϊόντων ψαριών, τη διάγνωση ζημιών σε φρούτα, λαχανικά και μούρα. Επίσης, η έρευνα φωταύγειας χρησιμοποιείται για την ανίχνευση φαρμακευτικών εγκλεισμάτων, συντηρητικών, φυτοφαρμάκων και διαφόρων καρκινογόνων ουσιών σε προϊόντα.
Ολόκληρη η ομάδα απορρόφησης συχνά συνδυάζεται σε μια φασματοχημική (ή φασματοσκοπική) κατηγορία στην ταξινόμηση των οπτικών μεθόδων ανάλυσης στην αναλυτική χημεία. Παρά το γεγονός ότι οι μέθοδοι είναι εγγενώς διαφορετικές, όλες έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: βασίζονται στους ίδιους νόμους της απορρόφησης φωτός. Αλλά ταυτόχρονα, υπάρχουν σημαντικές διαφορές στον τύπο των απορροφητικών σωματιδίων, στον σχεδιασμό υλικού της μελέτης και ούτω καθεξής.
Φωτομετρική ποικιλία
Το όνομα του συνόλου των μεθόδων ανάλυσης φασματικής μοριακής απορρόφησης. Βασίζονται στην επιλεκτική απορρόφησηηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στις ορατές, υπεριώδεις, υπέρυθρες περιοχές από τα μόρια του υπό μελέτη συστατικού. Η συγκέντρωσή του καθορίζεται από ειδικό σύμφωνα με το νόμο Bouguer-Lambert-Beer.
Η φωτομετρική ανάλυση περιλαμβάνει φωτομετρία, φασματοφωτομετρία και φωτοχρωματομέτρηση.
Φωτοηλεκτροχρωματομετρική ποικιλία
Η φωτοηλεκτροχρωματομετρική μέθοδος είναι πιο αντικειμενική σε σύγκριση με την οπτική χρωματομετρία. Αντίστοιχα, δίνει πιο ακριβή ερευνητικά αποτελέσματα. Εδώ χρησιμοποιούνται διάφορα FEC - φωτοηλεκτρικά χρωματόμετρα.
Η φωτεινή ροή όταν διέρχεται από ένα έγχρωμο υγρό απορροφάται μερικώς. Το υπόλοιπο πέφτει πάνω στο φωτοκύτταρο, όπου προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο καταγράφει ένα αμπερόμετρο. Όσο πιο έντονη είναι η συγκέντρωση του διαλύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η οπτική του πυκνότητα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός απορρόφησης του φωτός και τόσο μικρότερη είναι η ισχύς του φωτορεύματος που προκύπτει.
Εξετάσαμε ολόκληρη την ταξινόμηση των μεθόδων οπτικής ανάλυσης που χρησιμοποιούνται σήμερα στην αναλυτική χημεία: διαθλασιμετρική, πολωσιμετρική, οπτική απορρόφηση. Τους ενώνει η ανάγκη για προκαταρκτικό ψεκασμό της ουσίας. Αλλά ταυτόχρονα, καθεμία από τις μεθόδους διακρίνεται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της - ποικιλίες λήψης και καταχώρησης σήματος για ανάλυση.
