Люминесцентный анализ: назначение, описание, применяемое оборудование.

Описание

Люминесцентный анализ — совокупность методов анализа, основанных на наблюдении люминесценции. Люминесце́ нция - нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Данный вид анализа даёт возможность произвести качественное и количественное определение веществ, является крайне точным методом анализа (возможно определить до ~10^-10 – 10^-11 г/г), позволяющим проводить анализ на очень малых навесках (~10^-12 и даже менее грамм).

Люминесцентный анализ включает в себя следующие виды анализа: фотолюминесценция (флуоресценция), катодолюминесценция, хемилюминесценция, триболюминесценция и т.д. Самым распространённым является флуоресценция (характерное свечение анализируемых растворов и кристаллофоров в ультрафиолетовом свете)

В простейшем виде схему флуориметра можно изобразить, как:

Рисунок - Схема простейшего флуори­метра

1 − источник УФ излучения; 2 − первичный светофильтр; 3 − кювета с образцом;

4 − вторичный светофильтр; 5 − фотоприемник; 6 - усили­тель; 7 − миллиамперметр

Принцип работы с данным оборудованием сводится к следующему:

1. выбор и установка светофильтров;

2. компенсация фона растворителя;

3. определение интенсивности флуоресценции анализируемого раствора;

4. интерпретация данных (перевод в величины, пригодные для сравнения и оценки)

Во флуориметрах селекция частот возбуждающего света и света флуоресценции осуществляется с помощью светофильтров. Флуориметры применяют для проведения серийных анализов, где снижение селективности не является большим недостатком, а высокая чувствительность, напротив, представляет собой важное досто­инство.

Достоинства метода

Важным преимуществом люминесцентного анализа являются его простота и скорость, во много раз превосходящие скорость химического анализа. Люминесцентный анализ необычайно чувствителен. С помощью люминесцентного анализа можно исследовать очень небольшие объемы раствора, а также анализировать мельчайшие крупинки порошков, в которых содержатся следы других люминесцирующих веществ. Ещё одно преимущество заключается в относительно высокой се­лективности люминесцентного метода анализа, поскольку сравни­тельно небольшое число веществ способно люминесцировать [5].

Люминесцентный метод анализа, так же как и фотометрический метод, относятся к группе оптических методов анализа, и потому они имеют много общего. Однако по сравнению с фотометрией люминес­центный метод имеет существенные преимущества. Прежде всего, чувствительность люминесцентного метода гораздо выше чувстви­тельности фотометрического метода. Это связано с тем, что в люми­несцентном методе определяют абсолютную величину светового по­тока, испускаемого возбужденной молекулой, и, таким образом, от­ношение полезного сигнала к шуму очень велико. В противополож­ность фотометрическому методу (где измеряется величина отношения двух световых потоков) в люминесцентном методе величина фотото­ка, пропорциональная свету люминесценции, может быть многократ­но усилена электронным усилителем. Последнее обстоятельство по­зволяет определять количества вещества, на один-два порядка мень­шие, чем в фотометрическом методе анализа.

В то время как при химическом и эмиссионном спектральном анализе анализируемые вещества разлагаются, при люминесцентном анализе они, как правило, не подвергаются изменениям и их можно использовать в дальнейшей работе. Это преимущество люминесцентного анализа особенно существенно при исследовании трудно синтезируемых уникальных веществ, получаемых в ничтожных количествах. В отдельных случаях возбуждения люминесценции коротковолновыми ультрафиолетовыми лучами в веществе могут происходить фотохимические превращения. Однако соответствующим подбором условий опыта эти трудности обычно могут быть обойдены.

При очень низких температурах спектры люминесценции некоторых соединений изменяются: они сужаются и приобретают так называемую квазилинейчатую структуру (эффект Шпольского). Это ведет к снижению предела обнаружения и повышению избирательности определений, расширению числа элементов, которые можно определять люминесцентным методом. Предложено несколько методов определения таллия, свинца, висмута и других элементов в замороженных растворах их галогенидных комплексов [6].

Недостатки метода

Перечисленные свойства люминесцентного анализа дают представление о его исключительных возможностях, в определенных отношениях значительно превосходящих возможности других видов анализа. Однако следует отметить, что необычайно высокая чувствительность люминесцентного анализа одновременно создает и серьезные трудности его проведения, существенно ограничивая области его применения. Присутствие в образце даже ничтожных количеств люминесцирующих примесей обусловливает появление нового свечения, которое накладывается на люминесценцию основного вещества, искажая как спектральный состав, так и интенсивность его излучения. Посто­ронние вещества могут так же снижать выход люминесценции либо умень­шать интенсивность свечения люминофора за счет эффекта внутрен­него фильтра, понижая тем самым чувствительность определений. Для достижения максимальной чувствительности определения из двух реагентов выбирают тот, который приводит к образованию лю­минофора, характеризующегося минимальным перекрыванием спек­тров поглощения и излучения.

Процедура приготовления твёрдых стандартных образцов трудоемка, требует тщательности и осо­бых мер предосторожности и обычно проводится на специальной ап­паратуре.

Высокая стоимость оборудования для проведения исследований, высокая аккуратность и точность при проведении анализов.

Назначение

Люминесцентный анализ может быть использован для:

1) проведения анализа жидкой фазы;

2) проведения анализа твёрдой фазы;

3) оценки состояния поверхности минерала (твёрдой фазы)

Применяемое оборудование

Анализаторы жидкости, спектрофлуориметры, флуориметры