I den här artikeln kommer vi att överväga i detalj de analytiska metoder som är baserade på att ändra energitillståndet för enskilda atomer. Dessa är optiska analysmetoder. Låt oss ge en beskrivning av var och en av dem, markera de utmärkande dragen.
Definition
Optiska analysmetoder - en uppsättning metoder baserade på att ändra energitillståndet för enskilda atomer. Deras andra namn är atomspektroskopi.
Optiska analysmetoder skiljer sig i metoden för att erhålla och ytterligare registrera signalen (krävs för analys). Förkortningen OMA används också för att beteckna dem. Optiska analysmetoder används för att studera energiflöden av valens, externa elektroner. Gemensamt för all deras mångfald är behovet av preliminär nedbrytning till atomer (atomisering) av det analyserade ämnet.
Typer of method
Vi vet redan exakt vad en optisk analysmetod är. Tänk nu på mångfalden av dessa metoder:
- Refraktometriskanalys.
- Polarimetrisk analys.
- En uppsättning optiska absorptionsmetoder.
Vi kommer att analysera var och en av positionerna i denna klassificering av optiska analysmetoder ytterligare separat.
Refraktometrisk sort
Var är brytningsindexet tillämpligt? Denna typ av optisk-spektrala analysmetoder används i stor utsträckning i studien av livsmedelsprodukter - fett, tomat, olika juicer, sylt, sylt.
Refraktionsanalys baseras på mätning av brytningsindex (ett annat namn är brytning), vilket kan användas för att på ett tillförlitligt sätt bedöma ett visst ämnes natur, dess renhet och procentandel i masslösningar.
Bröjning av en ljusstråle kommer alltid att ske vid gränsen mellan två olika medier, förutsatt att de har olika densitet. Förhållandet mellan sinus för infallsvinkeln och sinus för brytningsvinkeln kommer att vara det relativa brytningsindexet för det andra ämnet till det första. Detta värde anses vara konstant.
Vad beror brytningsindex på? Först och främst från materiens natur. Ljusvåglängd och temperatur har också betydelse här.
Om ljusvinkeln faller vid 90 grader, kommer denna position att betraktas som den begränsande brytningsvinkeln. Dess värde kommer bara att bero på indikatorerna för de medier som ljuset passerar. Vad ger det? Om brytningsindexet för det första mediet är öppet för forskaren, kan forskaren, efter att ha mätt den begränsande brytningsvinkeln för det andra, bestämma brytningsindexet för det medium som redan är av intresse för honom.
Polarimetrisk variant
Vi fortsätter att analysera grunderna för optiska analysmetoder. Polarimetri baseras på egenskapen hos vissa typer av ämnen att ändra vektorn för ljussvängningar.
Ämnen som har denna anmärkningsvärda egenskap, när en polariserad stråle passerar genom dem, kallas optiskt aktiva. Till exempel bestämmer de strukturella egenskaperna hos molekylerna i hela massan av sockerarter manifestationen av optisk aktivitet i olika lösningar.
En polariserad stråle passerar genom ett lager av en lösning av en sådan optiskt aktiv substans. Svängningsriktningen kommer att ändras - polarisationsplanet som ett resultat av detta kommer att roteras med en viss vinkel. Det kommer att kallas rotationsvinkeln för polarisationsplanet. Denna position beror på följande antal faktorer:
- Rotation av polarisationsplanet.
- Tjocklek och koncentration av lösningens testskikt.
- Våglängden för den mest polariserade strålen.
- Temperature.
Den optiska densiteten för ett ämne kommer i detta fall att kännetecknas av specifik rotation. Vad är detta värde? Det förstås som den vinkel genom vilken polarisationsplanet roterar när en polariserad stråle passerar genom lösningen. Följande villkorliga värden accepteras:
- 1 ml lösning.
- 1 g ämne löst i denna volym lösning.
- Tjockleken på lösningslagret (eller längden på polarisationsröret) är 1 dm.
Optisk absorptionvariation
Vi fortsätter att bekanta oss med optiska analysmetoder inom analytisk kemi. Nästa kategori i klassificeringen är optisk absorption.
Detta inkluderar de analysmetoder som är baserade på absorption av elektromagnetisk strålning av de analyserade ämnena. De anses idag vara de vanligaste i forsknings-, vetenskapliga, certifieringslaboratorier.
När ljus absorberas kommer molekyler och atomer av absorberande ämnen att övergå till ett exciterat nytt tillstånd. Redan, beroende på mängden av sådana ämnen, såväl som förmågan att omvandla energin som absorberas av dem, urskiljs en hel uppsättning optiska absorptionsmetoder. Vi kommer att presentera dem mer i detalj i nästa underrubrik.
Klassificering av optiska absorptionsmetoder
Vi uppmärksammar er klassificeringen av dessa metoder för optisk analys inom kemi. Den representeras av fyra positioner:
- Atomabsorption. Vad ingår här? Detta är en analys baserad på absorptionen av ljusenergi av atomerna i de ämnen som studeras.
- Absorptiv molekylär. Denna metod är baserad på absorption av ljus av komplexa joner och molekyler av det studerade, analyserade ämnet. Mycket uppmärksamhet ägnas här åt de infraröda, synliga och ultravioletta zonerna i spektrumet. Följaktligen är dessa fotokolorimetri, spektrofotometri, IR-spektroskopi. Vad är viktigt att lyfta fram här? Spektrofotometri och fotokolorimetri är baserade på interaktion av strålning med ett antal homogena system. Därför, iInom analytisk kemi kombineras de ofta till en grupp - fotometriska metoder.
- Nephelometri. Denna typ av analys är baserad på absorption och ytterligare spridning av ljusenergi av suspenderade partiklar av ämnet som studeras.
- Fluorometrisk (eller luminescerande) analys. Metoden bygger på mätningen av strålning som uppstår när energi frigörs av exciterade molekyler av ämnet som forskaren studerar. Representeras av fluorescens och fosforescens. Vi kommer att analysera dem separat.
Luminescence
Luminescens i allmänhet i den vetenskapliga världen kallas glöd av atomer, molekyler, joner och andra mer komplexa partiklar och föreningar av materia. Det uppträder som ett resultat av övergången av elektroner till det normala tillståndet från det exciterade tillståndet.
För att ett ämne ska börja lysa måste alltså en viss mängd energi tillföras det utifrån. Partiklarna av ämnet som studeras kommer att absorbera energi och övergå till ett exciterat tillstånd, där de kommer att förbli under en viss tid. Återgå sedan till det tidigare vilotillståndet, samtidigt som det ger bort en del av sin egen energi i form av luminescenskvanta.
Fosforescens och fluorescens
Beroende på typen av det exciterade tillståndet, såväl som uppehållstiden för ämnet i det, finns det två typer av luminescens - fosforescens och fluorescens. Var och en av dem sticker ut för sina distinkta egenskaper:
- Fluorescens. En sorts självluminescens av ett visst ämne, somkommer att fortsätta endast när den bestrålas. När forskaren tar bort excitationskällan kommer glöden att sluta antingen omedelbart eller efter 0,001 sekunder.
- Fosforescens. En sorts självluminescens av ett visst ämne som kommer att fortsätta även när ljuset som exciterar det släcks.
Det är fosforescens som används för att studera livsmedelsprodukter. Den självlysande forskningsmetoden hjälper till att detektera ett ämne i det studerade provet vid dess koncentration av 10-11g/g. Denna metod kommer att vara bra för att bestämma vissa typer av vitaminer, närvaron av proteiner och fetter i mejeriprodukter, studera färskheten hos kött och fiskprodukter, diagnostisera skador på frukt, grönsaker och bär. Dessutom används luminiscerande forskning för att upptäcka medicinska inneslutningar, konserveringsmedel, bekämpningsmedel och olika cancerframkallande ämnen i produkter.
Hela absorptionsgruppen kombineras ofta till en spektrokemisk (eller spektroskopisk) kategori i klassificeringen av optiska analysmetoder inom analytisk kemi. Trots att metoderna till sin natur är olika har de alla en sak gemensamt: de bygger på samma lagar för ljusabsorption. Men samtidigt finns det betydande skillnader i typen av absorberande partiklar, undersökningens hårdvarudesign och så vidare.
Fotometrisk sort
Namnet på uppsättningen metoder för spektral molekylär absorptionsanalys. De är baserade på selektiv absorptionelektromagnetisk strålning i de synliga, ultravioletta, infraröda områdena från molekylerna i den komponent som studeras. Dess koncentration bestäms av en specialist enligt Bouguer-Lambert-Beer-lagen.
Fotometrisk analys inkluderar fotometri, spektrofotometri och fotokolorimetri.
Fotoelektrokolorimetrisk sort
Den fotoelektrokolorimetriska metoden är mer objektiv jämfört med visuell kolorimetri. Följaktligen ger det mer exakta forskningsresultat. Olika FEC används här - fotoelektriska kolorimetrar.
Ljusflödet när det passerar genom en färgad vätska absorberas delvis. Resten faller på fotocellen, där det uppstår en elektrisk ström, som registrerar en amperemeter. Ju intensivare koncentrationen av lösningen är, desto större är dess optiska densitet. Ju högre absorptionsgrad av ljus är och desto mindre styrka är den resulterande fotoströmmen.
Vi undersökte hela klassificeringen av optiska analysmetoder som används idag inom analytisk kemi: refraktometrisk, polarimetrisk, optisk absorption. De förenas av behovet av preliminär atomisering av ämnet. Men samtidigt kännetecknas var och en av metoderna av sina särskiljande egenskaper - varianter av att ta emot och registrera en signal för analys.
