Šajā rakstā mēs detalizēti aplūkosim tās analītiskās metodes, kuru pamatā ir atsevišķu atomu enerģijas stāvokļa maiņa. Šīs ir optiskās analīzes metodes. Sniegsim katras no tām aprakstu, izcelsim raksturīgās iezīmes.
Definīcija
Optiskās analīzes metodes - metožu kopums, kas balstīts uz atsevišķu atomu enerģijas stāvokļa maiņu. Viņu otrais nosaukums ir atomu spektroskopija.
Optiskās analīzes metodes atšķirsies pēc signāla iegūšanas un turpmākās ierakstīšanas metodes (nepieciešams analīzei). To apzīmēšanai tiek izmantots arī saīsinājums OMA. Valences, ārējo elektronu enerģijas plūsmu pētīšanai tiek izmantotas optiskās analīzes metodes. Visai to daudzveidībai kopīgs ir nepieciešamība pēc analizējamās vielas iepriekšējas sadalīšanas atomos (izsmidzināšana).
Metodes veidi
Mēs jau zinām, kas īsti ir optiskā analīzes metode. Apsveriet šo metožu dažādību:
- Refraktometriskianalīze.
- Polarimetriskā analīze.
- Optiskās absorbcijas metožu kopums.
Mēs analizēsim katru no šīs optisko analīzes metožu klasifikācijas pozīcijām atsevišķi.
Refraktometriskā šķirne
Kur ir piemērojams refrakcijas indekss? Šāda veida optiski spektrālā analīze tiek plaši izmantota pārtikas produktu izpētē - tauki, tomāti, dažādas sulas, ievārījums, ievārījums.
Refrakcijas analīzes pamatā ir refrakcijas indeksa mērīšana (cits nosaukums ir refrakcija), ko var izmantot, lai droši spriestu par konkrētas vielas raksturu, tās tīrību un masas šķīduma procentuālo daudzumu.
Gaismas stara laušana vienmēr notiks pie divu dažādu vides elementu robežas, ja tiem ir atšķirīgs blīvums. Krituma leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu būs otrās vielas relatīvais refrakcijas koeficients pret pirmo. Šī vērtība tiek uzskatīta par nemainīgu.
No kā ir atkarīgs refrakcijas indekss? Pirmkārt, no matērijas būtības. Šeit nozīme ir arī gaismas viļņa garumam un temperatūrai.
Ja gaismas leņķis samazinās par 90 grādiem, šī pozīcija tiks uzskatīta par laušanas leņķi. Tās vērtība būs atkarīga tikai no to mediju indikatoriem, caur kuriem gaisma iziet. Ko tas dod? Ja pētniekam ir atvērts pirmās vides refrakcijas indekss, tad pēc otrās ierobežojošā laušanas leņķa mērīšanas viņš var noteikt viņam jau interesējošās vides refrakcijas indeksu.
Polarimetriskā dažādība
Mēs turpinām analizēt optisko analīzes metožu pamatus. Polarimetriskā pamatā ir noteikta veida vielu īpašība mainīt gaismas svārstību vektoru.
Vielas, kurām ir šī ievērojamā īpašība, kad caur tām iet polarizēts stars, sauc par optiski aktīvām. Piemēram, visas cukuru masas molekulu struktūras īpatnības nosaka optiskās aktivitātes izpausmi dažādos šķīdumos.
Caur šādas optiski aktīvas vielas šķīduma slāni tiek izvadīts polarizēts stars. Tiks mainīts svārstību virziens - tā rezultātā polarizācijas plakne tiks pagriezta par noteiktu leņķi. To sauks par polarizācijas plaknes griešanās leņķi. Šī pozīcija ir atkarīga no vairākiem faktoriem:
- Polarizācijas plaknes rotācija.
- Šķīduma testa slāņa biezums un koncentrācija.
- Vispolarizētākā stara viļņa garums.
- Temperatūra.
Vielas optiskais blīvums šajā gadījumā tiks raksturots ar īpašu rotāciju. Kāda ir šī vērtība? To saprot kā leņķi, caur kuru polarizācijas plakne griežas, kad polarizētais stars iet cauri šķīdumam. Tiek pieņemtas šādas nosacītās vērtības:
- 1 ml šķīduma.
- 1 g vielas izšķīdināts šajā šķīduma tilpumā.
- Šķīduma slāņa biezums (vai polarizācijas caurules garums) ir 1 dm.
Optiskā absorbcijašķirne
Turpinām iepazīties ar optiskajām analīzes metodēm analītiskajā ķīmijā. Nākamā klasifikācijas kategorija ir optiskā absorbcija.
Tas ietver tās analīzes metodes, kuru pamatā ir analizējamo vielu elektromagnētiskā starojuma absorbcija. Mūsdienās tos uzskata par visizplatītākajiem pētniecības, zinātnes, sertifikācijas laboratorijās.
Kad gaisma tiek absorbēta, absorbējošo vielu molekulas un atomi pāries satraukti jaunā stāvoklī. Jau tagad atkarībā no šādu vielu daudzveidības, kā arī spējas pārveidot to absorbēto enerģiju tiek izdalīts vesels absorbcijas optisko metožu kopums. Mēs tos iepazīstināsim sīkāk nākamajā apakšvirsrakstā.
Optiskās absorbcijas metožu klasifikācija
Mēs vēršam jūsu uzmanību uz šo ķīmijas optiskās analīzes metožu klasifikāciju. To attēlo četras pozīcijas:
- Atomu absorbcija. Kas šeit ir iekļauts? Šī ir analīze, kuras pamatā ir gaismas enerģijas absorbcija pētāmo vielu atomos.
- Absorbējoša molekula. Šīs metodes pamatā ir pētāmās, analizējamās vielas komplekso jonu un molekulu gaismas absorbcija. Šeit liela uzmanība tiek pievērsta spektra infrasarkanajām, redzamajām un ultravioletajām zonām. Attiecīgi tie ir fotokolorimetrija, spektrofotometrija, IR spektroskopija. Ko šeit ir svarīgi izcelt? Spektrofotometrijas un fotokolorimetrijas pamatā ir starojuma mijiedarbība ar vairākām viendabīgām sistēmām. Tāpēc iekšāAnalītiskajā ķīmijā tās bieži tiek apvienotas vienā grupā – fotometriskās metodēs.
- Nefelometrija. Šāda veida analīze ir balstīta uz gaismas enerģijas absorbciju un tālāku izkliedi, ko veic pētāmās vielas suspendētās daļiņas.
- Fluorometriskā (vai luminiscējošā) analīze. Metodes pamatā ir starojuma mērījumi, kas parādās, kad enerģiju atbrīvo pētnieka pētāmās vielas ierosinātās molekulas. To attēlo fluorescence un fosforescence. Mēs tos analizēsim atsevišķi.
Luminescence
Luminiscenci zinātniskajā pasaulē vispār sauc par atomu, molekulu, jonu un citu sarežģītāku vielas daļiņu un savienojumu mirdzumu. Tas parādās elektronu pārejas rezultātā no ierosinātā stāvokļa normālā stāvoklī.
Tādējādi, lai viela sāktu luminiscēt, tai no ārpuses ir jāpiegādā noteikts enerģijas daudzums. Pētāmās vielas daļiņas absorbēs enerģiju, pārejot uzbudinātā stāvoklī, kurā tās paliks noteiktu laiku. Pēc tam atgriezieties iepriekšējā miera stāvoklī, vienlaikus atdodot daļu savas enerģijas luminiscences kvantu veidā.
Fosforescence un fluorescence
Atkarībā no ierosinātā stāvokļa veida, kā arī vielas uzturēšanās laika tajā, ir divi luminiscences veidi - fosforescence un fluorescence. Katrs no tiem izceļas ar savām raksturīgajām iezīmēm:
- Fluorescence. Sava veida noteiktas vielas pašluminiscence, kasturpināsies tikai pēc apstarošanas. Kad pētnieks noņem ierosmes avotu, mirdzums apstāsies vai nu uzreiz, vai pēc 0,001 sekundes.
- Fosforescence. Sava veida noteiktas vielas pašluminiscence, kas turpināsies pat tad, kad tiks izslēgta gaisma, kas to ierosina.
Tā ir fosforescence, ko izmanto pārtikas produktu pētīšanai. Luminiscences izpētes metode palīdz noteikt vielu pētāmajā paraugā tās koncentrācijā 10-11g/g. Šī metode noderēs noteiktu vitamīnu veidu noteikšanai, olb altumvielu un tauku klātbūtnei piena produktos, gaļas un zivju produktu svaiguma pētīšanai, augļu, dārzeņu, ogu bojājumu diagnosticēšanai. Arī luminiscences pētījumi tiek izmantoti, lai produktos noteiktu zāļu ieslēgumus, konservantus, pesticīdus un dažādas kancerogēnas vielas.
Visa absorbcijas grupa bieži tiek apvienota spektroķīmiskajā (vai spektroskopiskajā) kategorijā analītiskās ķīmijas analīzes optisko metožu klasifikācijā. Neskatoties uz to, ka metodes pēc būtības ir atšķirīgas, tām visām ir viena kopīga iezīme: to pamatā ir vieni un tie paši gaismas absorbcijas likumi. Taču tajā pašā laikā pastāv būtiskas atšķirības absorbējošo daļiņu veidā, pētījuma aparatūras dizainā un tā tālāk.
Fotometriskā dažādība
Spektrālās molekulārās absorbcijas analīzes metožu kopas nosaukums. Tie ir balstīti uz selektīvu uzsūkšanospētāmās sastāvdaļas molekulu elektromagnētiskais starojums redzamajā, ultravioletajā, infrasarkanajā zonā. Tās koncentrāciju nosaka speciālists saskaņā ar Bouguer-Lambert-Beer likumu.
Fotometriskā analīze ietver fotometriju, spektrofotometriju un fotokolorimetriju.
Fotoelektrokolorimetriskā dažādība
Fotoelektrokolorimetriskā metode ir objektīvāka salīdzinājumā ar vizuālo kolorimetriju. Attiecīgi tas dod precīzākus pētījumu rezultātus. Šeit tiek izmantoti dažādi FEC - fotoelektriskie kolorimetri.
Gaismas plūsma, ejot cauri krāsainam šķidrumam, tiek daļēji absorbēta. Pārējais nokrīt uz fotoelementa, kur rodas elektriskā strāva, kas reģistrē ampērmetru. Jo intensīvāka ir šķīduma koncentrācija, jo lielāks ir tā optiskais blīvums. Jo lielāka ir gaismas absorbcijas pakāpe un mazāka iegūtās fotostrāvas stiprums.
Mēs pārbaudījām visu mūsdienās analītiskajā ķīmijā izmantoto optiskās analīzes metožu klasifikāciju: refraktometriskā, polarimetriskā, optiskā absorbcija. Viņus vieno nepieciešamība pēc vielas iepriekšējas izsmidzināšanas. Bet tajā pašā laikā katra no metodēm izceļas ar savām raksturīgajām iezīmēm - signāla uztveršanas un reģistrēšanas analīzei variantiem.
