Люминесцентный анализ

Люминесцентный анализ использует свечение исследуемого объекта, возникающее под действием видимого или ультрафиолетового света (фотолюминесценция); химических реактивов (хемилюминесценция); электронного удара (катодолюминесценция); нагревания (термолюминесценция); рентгеновских лучей (рентгенолюминесценция); радиоактивных лучей (радиолюминесценция); механического воздействия (триболюминесценция).

В химическом анализе используют первые два вида возбуждения, т.е. фото-и хемилюминесценцию.

Если люминесценция прекращается сразу при исчезновении возбуждения, то ее называют флуоресценцией, а если продолжается после возбуждения – фосфоресценцией. Для анализа чаще применяют флуоресценцию, соответственно, метод называют флуориметрия. В его разработку большой вклад внес С. И. Вавилов.

Считается, что люминесценция возникает в результате электронного перехода в атомах, молекулах, ионах при их возвращении из возбужденного в нормальное состояние.

Квантовый выход флуоресценции зависит от длины волны возбуждающего излучения, однако спектр флуоресценции от нее не зависит и является характеристикой вещества, т.е. может использоваться для качественного анализа.

В аналитической химии имеют дело с растворами флуоресцирующих веществ. Интенсивность флуоресценции в этом случае зависит от концентрации вещества, длины волны возбуждающего излучения, температуры, природы растворителя, величины рН и присутствия примесей. При изменении этих факторов может происходить как усиление флуоресценции, так и ее ослабление (гашение).

Гашение происходит, когда энергия передается молекулам других веществ, находящихся в растворе, и флуоресценции не возникает. При увеличении температуры происходит так называемое температурное гашение, при высоких концентрация – концентрационное. Для большинства флуоресцирующих веществ характерен свой интервал значений рН раствора, при которых возникает флуоресценция.

Флуоресцентные методы анализа делятся на прямые и косвенные. В прямых – непосредственно измеряется интенсивность флуоресценции. В косвенных – флуоресценция служит индикатором, указывающим на окончание процесса определения вещества.

Методы прямого флуоресцентного анализа основаны на законе С. И. Вавилова, по которому в области малых концентраций (10^–7 – 10^–4 моль/л) интенсивность флуоресценции (Ф) раствора линейно зависит от концентрации (С):

Ф = К ∙ С

При увеличении концентрации линейность нарушается вследствие гашения флуоресценции или уменьшения ее интенсивности. В таких случаях аналитическое определение не проводят из-за большой погрешности.

Прямыми флуоресцентными методами количественно можно определять в растворе вещества, обладающие собственной флуоресценцией; образующие с различными реагентами флуоресцирующие соединения; гасящие флуоресценцию различных реагентов, связывая их в нефлуоресцирующие соединения.

Из косвенных методов получило распространение титрование с помощью флуоресцирующих индикаторов. Наиболее широко такие индикаторы используются в методе кислотно-основного титрования. Они обладают различной флуоресценцией в ионизированной и неионизированной формах и характеризуются достаточно узким интервалом рН перехода цвета флуоресценции, что повышает точность титрования. Такие индикаторы используют в мутных или темноокрашенных средах. Процесс титрования ведут в темноте, освещая титруемый раствор, куда добавлен индикатор, светом люминесцентной лампы.

Измерение флуоресценции осуществляют при помощи серийных фотоэлектрофлуориметров (ФМ-1,, ФАС-М, КФЛ-2-1). Приемники излучения располагают перпендикулярно направлению возбуждающего излучения, чтобы первичное излучение не накладывалось на флуоресценцию (рис. 2.9). Для регистрации спектров флуоресценции применяют спектрофлуориметры, в которых излучение вещества поступает на спектрофотометр.

Рис. 2.9. Схемы прибора для флуоресцентного анализа: 1 – внешний источник излучения; 2 – спектральный прибор (а – первичный, б – вторичный); 3 – образец; 4 – приемник излучения; 5 – регистрирующее устройство