Ищенко А.А., Гольдштрах М.А. Люминесцентный анализ, страница 5

При всем многообразии влияния внешних факторов, можно выделигь два основных проявления: изменение положений максимумов и формы полос поглощения излучения; изменение величин квантовых выходов флуоресценции и фосфоресценции. Изменение квантовых выходов люминесценции связано с изменением соотношения скоростей различных процессов дезактивации возбужденных состояний центров люминесценции под действием растворителя, примесей, концентрации молекул определяемого вещества, а также изменений интенсивности тепловых движений при нагревании или охлаждении системы.

Изменение спектральных характеристик обусловлено, прежде всего изменением энергии основного и возбужденного состояния люминесцирующей молекулы под действием внешнего окружения, примесей, температуры. Например, примесное вещество может взаимодействовать с невозбужденными центрами люминесценции, образуя продукты взаимодействия, которые либо вообще не люминесцируют, либо люминесцируют в другой части спектра и, вообще говоря, с другим квантовым выходом. Таким образом, фактически уменьшается число молекул, способных люминесцировать в данной области спектра. Описанное влияние примесей называют статическим туьзелием люминесценции.

Образование новых продуктов при статическом тушении может быть подтверждено соответствующими изменениями в спектре поглошения раствора. Введенная примесь может, налример, разрушить центр люминесценции, изменить степень его но низа цни, образовать с иим комплексное соединение, адсорбиро вать его из раствора. Так, при добавлении к люминесцируюшему раствору оксихинолината магния, (1) фторид— ионов, Г, образуется нелюминесцируюшее соединение оксихинолин, 111): Π— М8 — О Н,О ([)-Оксихинолинат магния (П)-8-Оксихинолин В электронно-возбужденном состоянии существенно изменяются физико-химические характеристики молекулы: структура, дипольный момент, кислотно-основные и окислительновосстановительные свойства, Может повышаться реакционная способность молекулы к определенным соединениям.

Тогда, в электронно-возбужденном состоянии центр люминесценции может вступить во взаимодействие с примесью. Если примесные молекулы или ионы сами способны люминесцировать, может наблюдаться их спектр люминесценции в результате передачи энергии от возбужденной молекулы определяемого вещества Это явление так называемой люминесценции акцеггора, се не ибилизирован ного донором или селсмбилпэировин ноя люминесценция. В результате протекания одного из этих процессов илн их совокупности, скорость дезактивации анализируемого вещества определяется не только его собственной константой скорости излучения, К, но и константами сопутствующих процессов взаимодействия, )сп (сэ (раздел 6, уравнение (7)). В результате скорость дезактивации возбужденных це втрое увеличивается, а интенсивность люминесценции уменьшается, поскольку часть возбужденных центров вступает во взаимодействие с тушителем до испускания кванта излу.ения.

Описанный механизм уменьшения интенсивности люминесценции вследствие взаимодействия возбужденных центров с молекулами 28 илн ионами примеси называется динамическим нпниением люминесценции. В отличие от статического тушения, молекулы определяемого вещества, находящиеся в основном электронном состоянии не участвуют в этом процессе. Поэтому спектры поглощения при динамическом тушении остаются неизменными. Поскольку при динамическом тушении должно произойти столкновение возбужденной молекулы с примесью до ее излучатель ной дезактивации, эффективность динамического тушения уменьшается с увеличением вязкости раствора. Однако, передача энергии от возбужденного центра к примеси может также произойти в результате диполь - дипольного взаимодействия, что позволяет наблюдать динамическое тушение люминесценции в твердых телах.

Высокой эффективностью динамического тушения люминесценции обладают: Ом 1ЧО, 1и Г, Вг; ионы переходных металлов, например таких как Сп, Ге, Мп, Со, М, Ая, Ня, 'П, легко изменяющих степень окисления. К числу эффективных динамических тушителей люминесценции относят также органические нитро-, амин о-, галоген- и сер ос оде ржащие соединения. 6. Количественный люминесцентный анализ При непрерывном возбуждении образца 1и отсутствии тушения люминесценции; см. 5), интенсивность люминесценции пропорциональна числу испускаемых квантов: 1ь = Х Ж.

= Х 4 1чл где Х' — коэффициент пропорциональности. Число поглощенных квантов, 1чА пропорционально интенсивности поглощенного света: 1ЧА=Х 0о-1) где 1о — интенсивность падающего излучения; 1 — интенсивность света, прошедшего через раствор; Х" — коэффициент пропорциональности. Величины 1е и 1 связаны законом Бугера— Ламберта - Бера, которое мы здесь запишем в виде: 1Р) = 1, 10~"""', где а(Х) — моля рный коэффициент поглощения исследуемого вещества (л моль' см'), 1 - толщина слоя раствора (см), С- концентрация вещества в растворе (моль л ). Учитывая зти л соотношения, получаем: 1ь=)(ф 1, (1-10"<"Я'!) (18) где )( - коэффициент пропорциональности, характеризующий приборный фактор. Из формулы (18) видно, что в области достаточно больших концентраций интенсивность люминесценции 1ь практически не зависит от величины концентрации.

Кроме того, вследствие концентрационного тушения люминесценции может наблюдаться даже уменьшение интенсивности люминесценции. Поэтому, количественный люминесцентный анализ проводится длл малых концентраций. В этом случае, в хорошем приближении, возможно представить величину 1О~~ыю~ в виде ряда по степеням [- а(А)!С1, ограничиваясь только линейным членом. Тогда, уравнение (16) можно записать в виде: !ь = )(ф»» 1в 2.303а(Х)1С = 1с С (19) Где коэффициент пропорциональности 1с = 2.303)(ф 1в е(Х)1.

Количественный люминесцентный анализ основан на определении интенсивности анализируемого образца Обычно величина в(Х) находится в пределах 10'-10". Тогда для 1 = 1см условие, при котором возможно использовать линейное приближение для интенсивности (19), а(Х)!С<10 з, будет выполняться при концентрациях определяемого компонента С в диапазоне 10 -10 в .б М. Из уравнения (18) видно, что минимальная определяемая концентрация С„для люминесцентного анализа лимитируется лишь чувствительностью детектора, с помощью которого регистрируется интенсивность люминесценции, 1ы В условиях отсутствия фона, тушителей С„может достигать значений 10оз М.

Из за наличия фонового излучения эта величина повышается до 10 ~ — 10" М н остается, как правило, на два порядка ниже, чем в фотометрических методах. Для определения концентрации анализируемого вещества непосредственно по интенсивности люминесценции применяют 30 различные методы количественной обработки результатов измерения. К числу наиболее эффективных относится метод градуировочного графика, метод сравнения со стандартом, метод добавок и метод внутреннего стандарта. 7. Области применения пюмннесцентного анализа Наиболыаее распространение получил люминесцентный анализ основанный на фотолюминесценции исследуемого вещества, возбуждаемого УФ излучением, Источниками УФ излучения служат кварцевые газоразрядные ртутные или ксеноновые лампы и УФ лазеры. Регистрируют люминесценцию визуально, фотографически или фотоэлектрически с помощью спектрографов„ фото метров и спектрофотометров.

Люминесцентны й анализ подразделяют на качественный и количественный. Качественный люмииесцентный анализ проводят по спектрам люминесценции. Его используют, например, для обнаружения битумов в породах, следов люминесцирующих органических веществ и неорганических веществ в различных объектах.

Разновидность качественного люминесцентного анализа - сортовой анапиэ, который позволяет обнаруживать невидимые при обычном освещении различия в исследуемых объектах и используется для установления сортности и качества стекол, семян, сельскохозяйственной продукции, для определения минералов в породах, поверхностных и сквозных дефектов, выявления подделок, в криминалистике и т.д. Количественный люминесцентный анализ основан на зависимости интенсивности люминесценции от количества люминесцирующего вещества. Различают флуоресцентный, фосфоресцентный и хемилюминесцентный анализы. Флуоресцентный анализ основан на образовании люминесцирующих комплексных соединений элементов с органическими реагентами, например, гидр оке ипроизводными флавона ~морин, кверцетин), производными тригидроксифлуорона и гидроксиантрахинона, 8- оксихинолином, родаминами и др.

Этот метод мапо селективен, большинство реагентов - групповые, лишь люмогаллион специфичен для определения Оа и люмомагнезон - Мя. Дпя 31 увеличения селе ктнв ности используют экстракционнофлуоресцентный анализ - предварительное разделение анализируемой смеси методом экстракции, а также охлаждение растворов до азотных и гелиевых температур. В последнем случае может возникнуть фосфорес цепция. Фосфоресцентный анализ обладает большой селективностью, т.к.

лишь немногие катионы образуют с органическими реагентами фосфоресцирующие комплексы, сами же реагенты не фосфоресцируют. Для регистрации спектров и интенсивности фосфоресценции используют фосфороскоп; при этом флуорес цепция не регистрируется. Хемилюм инес центный анализ основан на свечении, возникающем в результате окислительновосстановительных реакций органических веществ, например люминола, пюцигеннна и др., с катионами переходных металлов, например Ре(1П), Со1П), Сц(П), Ъ!!(П), Мп(П) и др.; концентрацию последних определяют по изменению интенсивности свечения. Предел обнаружения 5.10'04. По собственной люминесценции определяют 13, лантаноиды и некоторые переходные элементы с большой селектив постыл, т.

к. нх спектры в ряде случаев характеризуются структурой. Пределы обнаружения 11 в водах и геологических объектах при применении крнсталлофосфоров 5 10 7 - 1 1О~',4; РЗЭ прн использовании органических реагентов 10~-10 4',4, в кристаллофосфорах 1О'-10~04; переходных элементов (в том числе и платиновых) в кристаллофосфорах 10 ~-10 ~54. Ртугеподобные ионы (Т1', РЪ~', В1~, Т ~, Аз~', БЪ ) можно определять по люминесценции замороженных растворов нх солей или в кристаплофосфорах с пределом обнаружения !0~-1О'04. Применение лазеров позволяет снизить пределы обнаружения некоторых элементов до 10'з',4. Люминес цен тный анализ органических соединений затруднен, так как их спектры люминесценции, как правило, неснецифичны. Однако предложены методы количественного определения пор фири нов, витаминов, антибиотиков, хлорофилла и др.