Возможность использования портативного мини-фотометра Унифот-люм 8С-420 в тест-методах анализа

Московский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваХимический факультетВозможность использования портативного мини-фотометра«Унифот-люм 8С-420» в тест-методах анализаКурсовая работапо аналитической химиистудента 20X группыXXXXX X.X.Научный руководительк.х.н., ст.преп.

XXXXX X.X.Москва-200XСодержание1. Введение……………………………………………………………………………32. Обзор литературы………………………………………………………………….42.1. Особенности строения флуоресцирующих молекулорганических веществ…….…..…42.2. Состояние родаминов в водных растворах………………………….....63. Экспериментальная часть…………………………………………………….…..123.1. Исходные вещества и аппаратура…………………………..………….123.2. Спектральные характеристики родаминовыхкрасителей на разных приборах…….133.3. Метрологические характеристики определенияродаминовых красителей на разных приборах…183.3.1.

Воспроизводимость определения.…………………….....183.3.2. Концентрационные зависимости………………………...214. Выводы……………………………………………………………………………....255. Список использованной литературы…………………………………………........2621. ВведениеДля экспрессного определения загрязняющих веществ в водах различных типовнепосредственно на месте отбора проб большой интерес представляют тест-методы,простые, дешёвые приёмы обнаружения и определения веществ, обычно не требующиезначительнойподготовкипробы,использованиягромоздкихприборов,сложноголабораторного оборудования, а так же обученного персонала.

Тест-средства в ряде случаевслужат для предварительной оценки наличия и содержания компонентов, однако по мере ихсовершествования они всё в большей мере будут служить единственным средством анализа.Воспроизводимость и правильность определения концентрации компонентов можноулучшить если регистрацию аналитического сигнала проводить с помощью портативныхприборов. В сфере тест-методов много важных и интересных задач.

Постоянновозрастающийобъёманалитическихопределенийвразличныхобластяхнауки,промышленности и повседневной практики создаёт предпосылки и диктует необходимостьразвития приборной базы таких определений. В связи с этим интерес представляютфотометры-флуориметры.Целью настоящей работы явилось испытание портативного фотометра-флуориметра«Унифот-люм 8С-420», разработанного в Институте общей и неорганической химии РАНим. Н.С. Курнакова старшим научным сотрудником Шишкиным Ю.Л.32.

Обзор литературы2.1.Особенности строения флуоресцирующих молекулорганических веществПервые попытки установить связь флуоресценции органических веществ с ихструктуройНачинаясосновывались на теории аналогичной классической хромофорной теории.Мейера,исследователипыталисьнайтивструктурныхформулахфлуоресцирующих соединений общие группы атомов – флуорофоры, считая что именноони обуславливают флуоресценцию [1].Поглощаемый веществом световой поток затрачивается в основном на возбуждениевалентных электронов молекулы. При этом энергия возбуждения валентных электронов вбольшей степени зависит от характера связи между атомами. При одинарной связи междуними образуется электронное облако с наибольшей электронной плотностью междусвязанными атомами [2]. Электроны, образующие σ-связь, прочно связаны со своимиатомами и для перехода на более высокий энергетический уровень требуют довольнобольших порций энергии.

Так, например, энергия возбуждения молекулы этана составляетприблизительно 180 ккал/моль, что соответствует поглощению в области длин волн около155мкм, т.е. в области далёкого ультрафиолетового спектра [1].При существовании между атомами двойной связи энергия, необходимая дляперевода электронов, образующих π-связь, на более высокий энергетический уровень,меньше энергии, необходимой для возбуждения электронов, образующих σ-связь.Например, для перевода этилена в возбуждённое состояние достаточна энергияприблизительно 150 ккал/моль, что соответствует поглощению в области длин волн около190 мкм.Ещё меньшая энергия требуется для перевода молекулы в возбуждённое состояниепри наличии в молекуле сопряжённых связей, при которой π-электроны смещаются вдольсопряжённой системы.

При этом возникает возможность смещения π-электронов вдоль всейцепочки, и это смещение осуществляется тем легче, чем длиннее цепочка сопряжённыхсвязей. С удлинением цепочки сопряжённых связей уменьшается энергия возбуждениямолекул, и максимум спектра поглощения смещается в длинноволновую область. Длясдвига спектра поглощения в сторону длинных волн имеет значение не количественноенакопление двойных связей в молекуле, а удлинение именно сопряжённой цепочки.Описанные закономерности наблюдаются и при рассмотрении флуоресценции.4Накопление и усложнение замкнутых сопряжённых систем приводит к такому жеэффекту, как и в случае открытых систем сопряжения.

По мере увеличения числа циклов,образующих скелет молекулы, спектры поглощения и флуоресценции сдвигаются в сторонудлинных волн [1].При возбуждении молекулы изменяется распределение в ней электронной плотности,происходит увеличение её в одной части молекулы и уменьшение в другой, в результатемолекула превращается в диполь. Способность молекулы поляризоваться, а следовательнопереходить в возбуждённое состояние увеличивается, если по концам конъюгированнойцепочкимолекулыстоятзаместители,какэлектронодонорные,такиэлектроноакцепторные.

Ещё меньшая энергия возбуждения необходима при совместномвведениивмолекулуэлектроноакцепторногоспротивоположныхзаместителей.Известно,сторончтоэлектронодонорногоприсутствиевмолекулеиссопряжёнными связями групп, способных к ионизации, приводит при превращениимолекулы в ион к смещению спектров поглощения [3]. Если превращение молекулы в ионсопровождается усилением электродонорных свойств электродонорных заместителей илиусилениемэлектроноакцепторныхсвойствэлектроноакцепторныхзаместителей,тонаблюдается сдвиг спектра поглощения в длинноволновую область [4]. Эти явления хорошоизвестны у кислотно-основных индикаторов.Ионизация может привести не только к смещению спектров поглощения в сторонуболее длинных волн, но и коротковолновую область спектра.

Поскольку между спектрамипоглощения и флуоресценции имеется определённое соответствие, естественно ожидать,что диссоциация молекулы органического вещества сказывается и на её флуоресценции.Именно это свойство органических молекул - изменять спектры поглощения илюминесценции в зависимости от рН среды использовано в кислотно-основныхлюминесцентныхиндикаторах.Таккакионизацияэлектродонорнойоксигруппыпроисходит в щелочной среде и сопровождается сдвигом спектра поглощения в болеедлинноволновую область, то люминесцентные индикаторы, включающие в свой составоксигруппу, в диссоциированном состоянии имеют спектр флуоресценции, сдвинутый всторону более длинных волн, чем в недиссоциированном состоянии.

Ионизацияэлектронодонорной аминогруппы, протекающая в кислой среде и сопровождающаясяприсоединением к аминогруппе протона, ослабляет её электродонорные свойства иприводит к смещению спектров поглощения в сторону коротких волн.Основной характерной особенностью молекул органических веществ, способныхфлуоресцировать в растворённом состоянии видимым светом, является наличие цепочексопряжённых связей, приводящих к способности молекулы поглощать свет в ближайшей5ультрафиолетовой области или коротковолновой части видимого света. Однако существуетбольшое число органических веществ, способных поглощать свет в указанной области длинволн, но не способных флуоресцировать. Поэтому следует признать, что наличиесопряжённой цепочки у молекул, поглощающих свет в ближней части ультрафиолетовогоспектра, недостаточный признак их способности флуоресцировать [1].Можно выделить некоторые правила, вытекающие из общих принципов.Для возбуждения фотолюминесценции длинами волн, превышающими 220 нм,требуется наличие системы π-электронов.

Увеличение сопряжения сдвигает самуюдлинноволновуюполосу поглощения в сторону больших длин волн. При отсутствииспецифических эффектов ( например, водородной связи, электролитической диссоциации)спектр испускания флуоресценции располагается непосредственно за длинноволновойчастью спектра поглощения. Высокая эффективность быстрой флуоресценции в жидкомрастворе обычно наблюдается для тех соединений, у которых низшее возбуждённоесинглетное состояние относится к π*- π-типу. Системысинглетнымсостояниемтипаπ*-nимеюточеньс низшим возбуждённымнебольшиевыходыбыстройфлуоресценции. Состояния с переносом заряда могут приводить к быстрой флуоресценции,особенно при низких температурах.

Введение в молекулу орто-пара-ориентирующихзаместителей не мешает флуоресценции и может даже увеличивать её. Большинство метаориентирующих групп, за исключением CN, снижает выход быстрой флуоресценции.Увеличение жёсткости молекулы повышает выход быстрой флуоресценции в жидкомрастворе и благоприятствует разрешению колебательной структуры. Введение заместителейчасто приводит к сдвигу спектров в длинноволновую область и смазывает колебательнуюструктуру. Этот эффект минимален в случае алкильных групп.

Многие заместителиприводят к новым типам возбуждённого состояния. При введении тяжёлых атомов выходфлуоресценции понижается.Очевидно, что в сложных соединениях действие каждого фактора может бытьсведено на нет действием другого [5].2.2. Состояние родаминов в водных растворахТеоретические исследования в области родаминовых красителей и особенноустановления связи их строения с цветностью начались вскоре после открытия этого классавеществ.