Ebben a cikkben részletesen megvizsgáljuk azokat az analitikai módszereket, amelyek az egyes atomok energiaállapotának megváltoztatásán alapulnak. Ezek optikai elemzési módszerek. Adjunk leírást mindegyikről, emeljük ki a jellegzetes jellemzőket.
Definíció
Optikai elemzési módszerek – az egyes atomok energiaállapotának megváltoztatásán alapuló módszerek összessége. Második nevük atomspektroszkópia.
Az optikai elemzési módszerek különböznek a jel megszerzésének és további rögzítésének módjában (az elemzéshez szükséges). Jelölésükre az OMA rövidítést is használják. Optikai elemzési módszereket alkalmaznak a vegyérték, a külső elektronok energiaáramlásának vizsgálatára. Sokféleségükben közös az elemzett anyag előzetes atomokra bontásának (porlasztásának) szükségessége.
Módszertípusok
Már tudjuk, mi is pontosan az optikai elemzési módszer. Fontolja meg most az alábbi módszerek sokféleségét:
- Refraktometriáselemzés.
- Polarimetriás elemzés.
- Optikai abszorpciós módszerek sorozata.
Az optikai elemzési módszerek ezen osztályozásának mindegyik pozícióját külön elemezzük tovább.
Refraktometrikus változat
Hol alkalmazható a törésmutató? Ezt a fajta optikai-spektrális elemzési módszert széles körben alkalmazzák élelmiszeripari termékek – zsír, paradicsom, különféle gyümölcslevek, lekvár, lekvár – vizsgálatánál.
A törésanalízis a törésmutató mérésén alapul (más néven a fénytörés), amely segítségével megbízhatóan meg lehet ítélni egy adott anyag természetét, tisztaságát és tömeges oldatokban való százalékos arányát.
Egy fénysugár törése mindig két különböző közeg határán következik be, feltéve, hogy ezeknek eltérő a sűrűsége. A beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya lesz a második anyag és az első relatív törésmutatója. Ezt az értéket állandónak tekintjük.
Mitől függ a törésmutató? Mindenekelőtt az anyag természetéből. A fény hullámhossza és hőmérséklete is számít itt.
Ha a fény szöge 90 fokkal esik, akkor ezt a pozíciót tekintjük a korlátozó törésszögnek. Értéke csak azon közegek mutatóitól függ, amelyeken a fény áthalad. Mit ad? Ha az első közeg törésmutatója nyitva áll a kutató előtt, akkor a második törésszögének korlátjának mérése után meg tudja határozni a már őt érdeklő közeg törésmutatóját.
Polarimetriás fajta
Folytatjuk az optikai elemzési módszerek alapjainak elemzését. A polarimetria bizonyos típusú anyagok azon tulajdonságán alapul, hogy megváltoztatják a fénylengés vektorát.
Azokat az anyagokat, amelyek rendelkeznek ezzel a figyelemre méltó tulajdonsággal, amikor egy polarizált nyaláb áthalad rajtuk, optikailag aktívnak nevezzük. Például a cukrok teljes tömegének molekuláinak szerkezeti jellemzői meghatározzák az optikai aktivitás megnyilvánulását különböző oldatokban.
Egy ilyen optikailag aktív anyag oldatának rétegén polarizált sugarat vezetnek át. Az oszcilláció iránya megváltozik - ennek eredményeként a polarizációs sík egy bizonyos szöggel elfordul. Ezt a polarizációs sík elfordulási szögének nevezzük. Ez a pozíció a következő számos tényezőtől függ:
- A polarizációs sík elforgatása.
- Az oldat vizsgálati rétegének vastagsága és koncentrációja.
- A legpolarizáltabb sugár hullámhossza.
- Hőmérséklet.
Egy anyag optikai sűrűségét ebben az esetben fajlagos forgás jellemzi. Mi ez az érték? Ez azt a szöget jelenti, amelyen keresztül a polarizációs sík elfordul, amikor egy polarizált nyaláb áthalad az oldaton. A következő feltételes értékek elfogadottak:
- 1 ml oldat.
- 1 g anyag feloldva ebben a térfogatú oldatban.
- Az oldatréteg vastagsága (vagy a polarizálócső hossza) 1 dm.
Optikai abszorpciófajta
Továbbra is ismerkedünk az analitikai kémia optikai elemzési módszereivel. Az osztályozás következő kategóriája az optikai abszorpció.
Ez magában foglalja azokat az elemzési módszereket, amelyek az elektromágneses sugárzásnak az elemzett anyagok általi abszorpcióján alapulnak. Ma ezeket tekintik a legelterjedtebbnek a kutató-, tudományos és tanúsító laboratóriumokban.
Amikor a fény elnyelődik, az elnyelő anyagok molekulái és atomjai gerjesztett új állapotba kerülnek. Már az ilyen anyagok sokféleségétől, valamint az általuk elnyelt energia átalakításának képességétől függően az abszorpciós optikai módszerek egész sorát különböztetik meg. Ezeket a következő alcímben mutatjuk be részletesebben.
Optikai abszorpciós módszerek osztályozása
Felhívjuk figyelmét a kémia optikai elemzési módszereinek osztályozására. Négy pozíció képviseli:
- Atomabszorpció. Mi tartozik ide? Ez egy olyan elemzés, amely a vizsgált anyagok atomjainak fényenergia-elnyelésén alapul.
- Abszorpciós molekula. Ez a módszer a vizsgált, elemzett anyag komplex ionjai és molekulái általi fényelnyelésen alapul. Itt nagy figyelmet fordítanak a spektrum infravörös, látható és ultraibolya zónáira. Ennek megfelelően ezek a fotokolorimetria, spektrofotometria, IR spektroszkópia. Mit érdemes itt kiemelni? A spektrofotometria és a fotokolorimetria a sugárzásnak számos homogén rendszerrel való kölcsönhatásán alapul. Ezért beAz analitikai kémiában ezeket gyakran egy csoportba vonják – fotometriai módszerekbe.
- Nefelometria. Az ilyen típusú elemzés a fényenergia abszorpcióján és a vizsgált anyag szuszpendált részecskéi általi további szórásán alapul.
- Fluorometrikus (vagy lumineszcens) elemzés. A módszer a sugárzás mérésén alapul, amely akkor jelenik meg, amikor a kutató által vizsgált anyag gerjesztett molekulái energiát bocsátanak ki. Fluoreszcencia és foszforeszcencia képviseli. Ezeket külön elemezzük.
Lumineszcencia
A lumineszcenciát a tudományos világban általában atomok, molekulák, ionok és más összetettebb részecskék és anyagvegyületek ragyogásának nevezik. Az elektronoknak a gerjesztett állapotból a normál állapotba való átmenet eredményeként jelenik meg.
Így ahhoz, hogy egy anyag elkezdjen lumineszkálni, bizonyos mennyiségű energiát kívülről kell ellátni vele. A vizsgált anyag részecskéi energiát vesznek fel, gerjesztett állapotba kerülnek, amelyben bizonyos ideig maradnak. Ezután térjen vissza az előző nyugalmi állapotba, miközben saját energiájának egy részét lumineszcenciakvantumok formájában adja át.
Foszforeszcencia és fluoreszcencia
A gerjesztett állapot típusától, valamint az anyag tartózkodási idejétől függően a lumineszcenciának két típusa van: foszforeszcencia és fluoreszcencia. Mindegyik kiemelkedik sajátos jellemzőivel:
- Fluoreszcencia. Egy bizonyos anyag egyfajta önlumineszcenciája, amelycsak besugárzás után folytatódik. Amikor a kutató eltávolítja a gerjesztés forrását, a ragyogás azonnal vagy 0,001 másodperc múlva megszűnik.
- Foszforeszcencia. Egy bizonyos anyag egyfajta önlumineszcenciája, amely akkor is folytatódik, ha az azt gerjesztő fényt lekapcsolják.
A foszforeszcenciát használják élelmiszerek tanulmányozására. A lumineszcens kutatási módszer segít kimutatni egy anyagot a vizsgált mintában 10-11g/g koncentrációban. Ez a módszer alkalmas bizonyos típusú vitaminok meghatározására, a fehérjék és zsírok tejtermékekben való jelenlétének meghatározására, a hús- és h altermékek frissességének vizsgálatára, a gyümölcsök, zöldségek és bogyók károsodásának diagnosztizálására. A lumineszcens kutatásokat a termékekben található gyógyászati zárványok, tartósítószerek, peszticidek és különféle rákkeltő anyagok kimutatására is használják.
Az analitikai kémia optikai elemzési módszereinek osztályozása során a teljes abszorpciós csoportot gyakran egy spektrokémiai (vagy spektroszkópiai) kategóriába sorolják. Annak ellenére, hogy a módszerek eredendően különböznek egymástól, van egy közös vonásuk: a fényelnyelés ugyanazon törvényein alapulnak. Ugyanakkor jelentős különbségek vannak az elnyelő részecskék típusában, a vizsgálat hardver kialakításában stb.
Fotometrikus változatosság
A spektrális molekulaabszorpciós analízis módszereinek halmazának neve. Szelektív felszívódáson alapulnakelektromágneses sugárzás a látható, ultraibolya, infravörös tartományban a vizsgált komponens molekulái által. Koncentrációját szakember határozza meg a Bouguer-Lambert-Beer törvény szerint.
A fotometriás elemzés magában foglalja a fotometriát, a spektrofotometriát és a fotokolorimetriát.
Fotóelektrokolorimetriás változat
A fotoelektrokolorimetriás módszer objektívebb a vizuális kolorimetriához képest. Ennek megfelelően pontosabb kutatási eredményeket ad. Itt különféle FEC-eket használnak – fotoelektromos kolorimétereket.
A színes folyadékon áthaladó fényáram részben elnyelődik. A többi része a fotocellára esik, ahol elektromos áram keletkezik, ami egy ampermérőt regisztrál. Minél intenzívebb az oldat koncentrációja, annál nagyobb az optikai sűrűsége. Minél nagyobb a fényelnyelés mértéke és annál kisebb a keletkező fényáram erőssége.
Megvizsgáltuk az analitikai kémiában napjainkban használt optikai elemzési módszerek teljes osztályozását: refraktometriás, polarimetriás, optikai abszorpció. Egyesíti őket az anyag előzetes porlasztásának szükségessége. Ugyanakkor mindegyik módszert megkülönbözteti sajátosságai - a jelek fogadásának és regisztrálásának változatos elemzése.
