W tym artykule szczegółowo rozważymy te metody analityczne, które opierają się na zmianie stanu energetycznego poszczególnych atomów. Są to optyczne metody analizy. Podajmy opis każdego z nich, podkreślmy charakterystyczne cechy.
Definicja
Optyczne metody analizy - zestaw metod opartych na zmianie stanu energetycznego poszczególnych atomów. Ich drugie imię to spektroskopia atomowa.
Optyczne metody analizy będą różnić się sposobem pozyskiwania i dalszej rejestracji sygnału (wymaganego do analizy). Do ich oznaczenia używa się również skrótu OMA. Optyczne metody analizy służą do badania przepływów energii walencyjnych elektronów zewnętrznych. Wspólną dla całej ich różnorodności jest konieczność wstępnego rozkładu na atomy (atomizacji) analizowanej substancji.
Rodzaje metod
Wiemy już, czym dokładnie jest optyczna metoda analizy. Rozważ teraz różnorodność tych metod:
- Refraktometriaanaliza.
- Analiza polarymetryczna.
- Zestaw metod absorpcji optycznej.
Będziemy analizować każdą z pozycji tej klasyfikacji optycznych metod analizy dalej osobno.
Odmiana refraktometryczna
Gdzie ma zastosowanie współczynnik załamania światła? Ten rodzaj optyczno-spektralnej metody analizy znajduje szerokie zastosowanie w badaniach produktów spożywczych – tłuszcz, pomidor, różne soki, dżemy, dżemy.
Analiza załamania opiera się na pomiarze współczynnika załamania światła (inna nazwa to załamanie), którego można użyć do wiarygodnej oceny charakteru danej substancji, jej czystości i zawartości procentowej w roztworach.
Załamanie wiązki światła zawsze występuje na granicy dwóch różnych mediów, pod warunkiem, że mają one różną gęstość. Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania będzie względnym współczynnikiem załamania drugiej substancji do pierwszej. Ta wartość jest uważana za stałą.
Od czego zależy współczynnik załamania światła? Przede wszystkim z natury materii. Długość fali światła i temperatura również mają tutaj znaczenie.
Jeżeli kąt padania światła wynosi 90 stopni, ta pozycja będzie uważana za graniczny kąt załamania. Jego wartość będzie zależeć tylko od wskaźników tych mediów, przez które przechodzi światło. Co to daje? Jeżeli współczynnik załamania pierwszego ośrodka jest otwarty dla badacza, to po zmierzeniu granicznego kąta załamania drugiego ośrodka może on wyznaczyć współczynnik załamania ośrodka, który już go interesuje.
Odmiana polarymetryczna
Kontynuujemy analizę podstaw optycznych metod analizy. Polarymetria opiera się na właściwości niektórych rodzajów substancji do zmiany wektora oscylacji światła.
Substancje, które mają tę niezwykłą właściwość, gdy przechodzi przez nie spolaryzowana wiązka, nazywane są aktywnymi optycznie. Na przykład cechy strukturalne cząsteczek całej masy cukrów determinują przejawy aktywności optycznej w różnych roztworach.
Spolaryzowana wiązka przechodzi przez warstwę roztworu takiej optycznie czynnej substancji. Zmieniony zostanie kierunek oscylacji - płaszczyzna polaryzacji w wyniku tego zostanie obrócona o określony kąt. Będzie się to nazywało kątem obrotu płaszczyzny polaryzacji. Ta pozycja zależy od następującej liczby czynników:
- Obrót płaszczyzny polaryzacji.
- Grubość i stężenie testowej warstwy roztworu.
- Długość fali najbardziej spolaryzowanej wiązki.
- Temperatura.
Gęstość optyczna substancji w tym przypadku będzie scharakteryzowana przez rotację właściwą. Jaka jest ta wartość? Jest rozumiany jako kąt, o który obraca się płaszczyzna polaryzacji, gdy spolaryzowana wiązka przechodzi przez roztwór. Akceptowane są następujące wartości warunkowe:
- 1 ml roztworu.
- 1 g substancji rozpuszczonej w tej objętości roztworu.
- Grubość warstwy roztworu (lub długość rurki polaryzacyjnej) wynosi 1 dm.
Pochłanianie optyczneodmiana
Nadal poznajemy optyczne metody analizy w chemii analitycznej. Kolejną kategorią w klasyfikacji jest absorpcja optyczna.
Obejmuje to metody analizy, które opierają się na absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez analizowane substancje. Uważa się je dziś za najczęściej spotykane w laboratoriach badawczych, naukowych, certyfikacyjnych.
Kiedy światło zostanie zaabsorbowane, molekuły i atomy absorbujących substancji przejdą w nowy, wzbudzony stan. Już teraz, w zależności od różnorodności takich substancji, a także zdolności do przekształcania pochłoniętej przez nie energii, wyróżnia się cały zestaw absorpcyjnych metod optycznych. Zaprezentujemy je bardziej szczegółowo w następnym podtytule.
Klasyfikacja metod absorpcji optycznej
Zwracamy uwagę na klasyfikację tych metod analizy optycznej w chemii. Jest reprezentowany przez cztery pozycje:
- Wchłanianie atomowe. Co jest tutaj zawarte? Jest to analiza oparta na absorpcji energii świetlnej przez atomy badanych substancji.
- Wchłaniająca cząsteczka. Metoda ta opiera się na absorpcji światła przez złożone jony i cząsteczki badanej, analizowanej substancji. Dużo uwagi poświęca się tutaj strefom podczerwonym, widzialnym i ultrafioletowym widma. W związku z tym są to fotokolorymetria, spektrofotometria, spektroskopia IR. Co należy tutaj podkreślić? Spektrofotometria i fotokolorymetria opierają się na oddziaływaniu promieniowania z wieloma jednorodnymi układami. Dlatego wW chemii analitycznej często łączy się je w jedną grupę - metody fotometryczne.
- Nefelometria. Ten rodzaj analizy opiera się na absorpcji i dalszym rozpraszaniu energii świetlnej przez zawieszone cząstki badanej substancji.
- Analiza fluorometryczna (lub luminescencyjna). Metoda opiera się na pomiarze promieniowania, które pojawia się, gdy energia jest uwalniana przez wzbudzone cząsteczki badanej przez badacza substancji. Reprezentowane przez fluorescencję i fosforescencję. Przeanalizujemy je osobno.
Luminescencja
Luminescencja ogólnie w świecie naukowym nazywana jest blaskiem atomów, cząsteczek, jonów i innych, bardziej złożonych cząstek i związków materii. Pojawia się w wyniku przejścia elektronów do stanu normalnego ze stanu wzbudzonego.
Tak więc, aby substancja zaczęła świecić, pewna ilość energii musi być do niej dostarczona z zewnątrz. Cząstki badanej substancji pochłaniają energię, przechodząc w stan wzbudzony, w którym pozostaną przez pewien czas. Następnie powróć do poprzedniego stanu spoczynku, jednocześnie oddając część własnej energii w postaci kwantów luminescencji.
Fosforescencja i fluorescencja
W zależności od rodzaju stanu wzbudzonego, a także czasu przebywania w nim substancji, istnieją dwa rodzaje luminescencji - fosforescencja i fluorescencja. Każdy z nich wyróżnia się charakterystycznymi cechami:
- Fluorescencja. Rodzaj samoluminescencji pewnej substancji, którabędzie trwać tylko po napromieniowaniu. Kiedy badacz usunie źródło wzbudzenia, poświata zniknie natychmiast lub po 0,001 sekundy.
- Fosforescencja. Rodzaj samoluminescencji pewnej substancji, która będzie trwała nawet wtedy, gdy światło, które ją wzbudza, zostanie wyłączone.
Do badania produktów spożywczych wykorzystuje się fosforescencję. Metoda badań luminescencyjnych pomaga wykryć substancję w badanej próbce w jej stężeniu 10-11g/g. Ta metoda będzie dobra do określania niektórych rodzajów witamin, obecności białek i tłuszczów w produktach mlecznych, badania świeżości produktów mięsnych i rybnych, diagnozowania uszkodzeń owoców, warzyw i jagód. Ponadto badania luminescencyjne są wykorzystywane do wykrywania wtrąceń medycznych, konserwantów, pestycydów i różnych substancji rakotwórczych w produktach.
Cała grupa absorpcyjna jest często łączona w kategorii spektrochemicznej (lub spektroskopowej) w klasyfikacji optycznych metod analizy w chemii analitycznej. Pomimo tego, że metody są z natury różne, wszystkie mają jedną wspólną cechę: opierają się na tych samych prawach pochłaniania światła. Ale jednocześnie istnieją znaczne różnice w rodzaju cząstek pochłaniających, konstrukcji sprzętu badania i tak dalej.
Odmiana fotometryczna
Nazwa zestawu metod spektralnej analizy absorpcji molekularnej. Opierają się na selektywnej absorpcjipromieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym, ultrafioletowym, podczerwonym przez cząsteczki badanego składnika. Jego stężenie określa specjalista zgodnie z prawem Bouguera-Lamberta-Beera.
Analiza fotometryczna obejmuje fotometrię, spektrofotometrię i fotokolorymetrię.
Odmiana fotoelektrokolorymetryczna
Metoda fotoelektrokolorymetryczna jest bardziej obiektywna w porównaniu z kolorymetrią wizualną. W związku z tym daje dokładniejsze wyniki badań. Stosowane są tutaj różne FEC - kolorymetry fotoelektryczne.
Strumień świetlny przechodzący przez kolorową ciecz jest częściowo pochłaniany. Reszta spada na fotokomórkę, gdzie powstaje prąd elektryczny rejestrujący amperomierz. Im intensywniejsze stężenie roztworu, tym większa jego gęstość optyczna. Im większy stopień pochłaniania światła i mniejsza siła powstałego fotoprądu.
Zbadaliśmy całą klasyfikację metod analizy optycznej stosowanych obecnie w chemii analitycznej: refraktometryczną, polarymetryczną, absorpcję optyczną. Łączy ich konieczność wstępnego rozpylenia substancji. Ale jednocześnie każda z metod wyróżnia się charakterystycznymi cechami - odmianami odbierania i rejestrowania sygnału do analizy.
