Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (1108738), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Спекгры ФИТЦ, нммобнлнзованного на пористой стеклянной подложке прн рН 3, 4, 5, 6 н 7. С разрешения !М.-И. 8. Рн!ь !.. УУ. Виг8еза, Т. Н!гасМе!д, 6. ТЭ. С!шзбап, Р. %ал8, Ало!узА 112 (!987) !!59) 16.16. ОПТИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ: ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА Волоконно-оптические сенсоры 13олоконно-оп [ический зонд можно преврагнн ь в селск1ивнмй сенсор (с использонаинем поглопзения илп фдЕоресценции1 пугем иммобилизации полходягцих реагентов на конце волоконно-оптического каПелл. Нх преимтзцсство перед ГЛАВА 16. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ОПЕКТРОМЕТРИИ 80 Если фермент, например пенициллипаза, иммобилизоваи вместе с соответствующим индикатором, сенсор превращается в биосенсор для определения пенициллина.
Фермент катализирует гидролиз пенициллина, при этом образуется пеницилловая кислота, что вызывает уменьшение рН. Волоконно-оптические датчики разработаны для кислорода, СОМ щелочных металлов и других аналитов. Для их успешной работы индикаторная реакция должна быть обратимой. Миниатюрные волоконно-оптические спектрометры Созданы недорогие спектрометры, в которых оптические волокна использованы или для пропускания света через кювету, или как датчики. Примером может служить спектрометр Осеан Орйсз 82000 (ч х ю.осеапор1(сз.сош). Он содержит 2048-элементный матричный приемник с переносом заряда (ППЗ) — матричный кремниевый детектор, который воспринимает световое излучение, прошедшее по одножильному оптическому волокну, и диспергирует его посредством неподвижной дифракционной решетки по всей матрице.
Внешний вид этого компактного спектрометра показан на рис. 16.34. Есть модели для УФ, видимой и ИК-областей (от 200 до 1100 нм) с различными источниками, решетками, оптическими волокнами и детекторами. Прибор предоставляет весь спектр в рабочем диапазоне длин волн и снабжен программным обеспечением для анализа спектров. Что мы узнали из этой главы? ° Длина волны, частота и энергия фотона (основные уравнения (16.!Н16.3)) — стр.
6 ° Как молекулы поглощают электромагнитное излучение — стр. 9 ° Поглощение в УФ- и видимой областях и строение молекул — стр. 13 ° Поглощение в ИК-области и строение молекул — стр. 20 ° Инфракрасная спектрометрия в ближней области — стр. 22 ° Спектральные базы данных — стр. 25 ° Расчеты, основанные на законе Вера [основные уравнения (16.10), (16.13)1 — стр. 27 ° Расчеты для смесей веществ (основные уравнения (16.16), (16.17)1 — использование электронных таблиц для вычислений — стр. 32, 35 ° Использование электронных таблиц для расчета неизвестных концентраций и их стандартных отклонений по градуировочному графику — стр.
36 ° Спектрометры для УФ-, видимой и ИК-областей и их составные части — стр. 40 ° Инфракрасные фурье-спектрометры — стр. 61 ° Погрешности в спектрометрических методах анализа — стр. 64 ° Флуориметрия — стр. 69 ° Оптические сенсоры и волоконная оптика — стр. 76 вопросы Вопросы Поглощение излучения 1. Опишите процессы поглощения в дальней ИК, средней ИК- и видимой/ УФ-областях спектра. 2. Какие электроны обычно обусловливают поглощение УФ- или видимого излучения? 3. Какие электронные переходы чаще всего происходят при поглощении электромагнитного излучения? Какие из них дают наиболее сильное поглощение? Приведйте примеры. 4. Какое условие необходимо для поглощения в ИК-области? 5. Какие типы молекулярных колебаний связаны с поглощением в ИК-области? 6.
Чем отличается поглощение в ближней ИК-области от поглощения в средней ИК-области? Каковы основные преимущества измерения поглощения в ближней ИК-области? 7. Дайтеопределения следующих понятий; хромофор, ауксохром, батохромный сдвиг, гипсохромный сдвиг, гиперхромный эффект, гипохромный эффект. 8. Какое соединение в перечисленных ниже парах будет поглощать излучение с большей длиной волны и с большей интенсивностью? а) СНзСНзСОзН или СНз~НСОзН б) СНзСН~НСН~НСНз или СНзС— = ~ — СнаССНз 9. Смещается ли максимум поглощения в длинноволновую область и увеличивается ли интенсивность поглощения при переходе от первого соединения ко второму в перечисленных ниже парах? а) 82 10.
11. Почему кислотно-основные индикаторы изменяют цвет при переходе от кислого раствора к щелочному? Каков механизм поглощения излучения комплексами металлов? Количественные соотношения 12. 13. 14. Дайте определение следующим понятиям: поглощение, оптическая плот- ность, пропускание, пропускание в '.4. Что такое коэффициент поглощения и молярный коэффициент поглощения? Почему в максимуме полосы поглощения градуировочная кривая линейна в более широком интервале концентраций, чем на плече полосы поглоще- ния? Перечислите растворители, которые можно использовать в УФ-, видимой и ИК-областях. Укажите ограничения по длинам волн.
Что такое изобестическая точка? 16. 16. 17. Опишите и сравните различные причины отклонений от закона Бера. Что такое истинные и кажущиеся отклонения? Оборудование Опишите источники излучения и детекторы для УФ-, видимой и ИК-облас- тей спектра. Опишите два типа монохроматоров (диспергирующих устройств), использу- емых в спекгрофотометрах, перечислите достоинства и недостатки каждого. Обсудите влияние ширины щели на разрешение спектрометра и выполне- ние закона Вера. Чем отличается ширина щели от спектральной ширины щели? Сопоставьте принцип работы одно- и двухлучевого спектрофотометров. Почему приборы в ближней ИК-области демонстрируют хорошую чувст- вительность, несмотря на слабое поглощение в этой области? Опишите действие спектрометра с датчиком в виде линейки диодов.
Опишите действие интерферометра. В чем его преимущества? Обратившись к рис. Тб.28, ответьте на вопросы: какой цвет имеют кислый и щелочной растворы в максимумах поглощения; какие должны быть свето- фильтры для анализа этих растворов методом колориметрии? (Светофильтр заменяет призму и щель.) Флуоресценция 26. 27. Опишите сущность явления флуоресценции. Почему флуориметрия обыч- но более чувствительна, чем абсорбционная спектрометрия? При каких условиях интенсивность флуоресценции пропорциональна кон- центрации? 18. 19. 20.
21. 22. 23. 24. 25. ГЛАВА!В. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ Задачи Длина волны, частота, энергия 30. 31. 32. 33. Закон Бера 34. 35. 36. 37. 38. 39. 23. 29. Опишите оборудование для флуориметрии. Что такое первичный и вторич- ный фильтры? Предложите методику флуориметрнческого определения иодид-иона. Выразите длину волны 2500 Л в микрометрах и нанометрах. Определите частоту (в Гц) и волновое число (в см-'), соответствующие длине волны 4000 А. Для ИК-спектрометрии чаще всего используют диапазон от -2 до 15 мкм.
Выразите этот диапазон в ангстремах и обратных сантиметрах. Моль фотонов (число фотонов, равное постоянной Авогодро) называется эйнштейном излучения. Рассчитайте энергию (в кал) одного эйнштейна из- лучения с длиной волны 3000 А. Некоторые спекгрофотометры имеют шкалы, по которым можно считы- вать или оптическую плотность, или пропускание в ' . Какая оптическая плотность соответствует пропусканию 20о ; 80' ? Какое пропускание со- ответствует оптической плотности 0,25; 1,00? Оптическая плотность раствора (концентрация 20 млн-') ДНК неизвестной молекулярной массы, выделенной из ЕяслеисЫа со//, равна 0,80 в кювете толщиной 2 см.
Рассчитайте коэффициент поглощения молекулы. Соединение с молекулярной массой 280 поглощает 65,0' излучения с определенной длиной волны в кювете толщиной 2 см при концентрации 15,0 мкг/мл. Рассчитайте молярный коэффициент поглощения для данной длины волны. Титан взаимодействует с пероксидом водорода в 1 М серной кислоте с образованием окрашенного комплекса. Рассчитайте: (а) оптическую плотность, пропускание в 54; (б) поглощение в ? для 6,00 . 10-з М раствора, если 2,00 1О-з М раствор поглощает 31,5' излучения с длиной волны 415 нм. Соединение с относительной молекулярной массой 180 имеет коэффици- ент поглощения 286 л/(см моль). Чему равен молярный коэффициент по- глощения? Анилин (СеНзННз) при взаимодействии с пикриновой кислотой дает соединение, которое имеет коэффициент поглощения 134 л/(см моль) при 359 нм. Чему будет равна оптическая плотность в кювете толщиной 1,00 см 1,00 10 4 М раствора анилина после реакции с пикриновой кислотой? 84 Количественные измерения Оптическая плотность Раствор 1,00 млн-' Р 0,205 2,00 млн-' Р 3,00млн 'Р 4,00 млн-' Р Образец мочи 0,410 0,615 0,820 0,625 43.
40. 41. 42. ГЛАВА 16. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ Лекарство толбутамин (молекулярная масса 270) имеет малярный коэффициент поглощения 703 при 262 нм. Одну таблетку растворяют в воде и объем раствора доводят до 2 л. Оптическая плотность полученного раствора составляет 0,687 в УФ-диапазоне при 262 нм (кювета 1 см). Сколько граммов толбутамина содержится в таблетке? Амины (слабые основания) образуют соли с пикриновой кислотой (тринитрофенолом); все пикраты аминов имеют максимум поглощения при 359 нм с молярным коэффициентом поглощения 1,25 104. Навеску анилина (СвНзХНз) 0,200 г растворяют в 500 мл воды.
К аликвоте этого раствора (25,0 мл) добавляют пикриновую кислоту и доводят объем до 250 мл. Аликвоту (10,0 мл) полученного раствора разбавляют до 100 мл; этот раствор анализируют при 359 нм в кювете толщиной 1 см. Если оптическая плотность равна 0,425, какова чистота анилина (в",ь)? Для определения фосфора мочу обрабатывают молибденом(Ч1) и затем фосфомолибденовый комплекс восстанавливают аминонафтолсульфоновой кислотой до молибденовой сини, которая поглощает при 690 нм. Пациентом за 24 ч собрано 1270 мл мочи, ее рН 6,5. Аликвота (1,0 мл) мочи была обработана молибдатом и аминонафтолсульфоновой кислотой, и обьем раствора был доведен до 50,0 мл. Ряд стандартных растворов фосфата был также обработан аналогичным образом.
Измерение оптической плотности этих растворов при 690 нм относительно раствора сравнения дало следующие результаты: а) Определите количество фосфора (в г), выделенного за сутки. б) Рассчитайте концентрацию фосфата в моче в ммолях на литр. ц) Рассчитайте соотношение НРО ~ ~и НтРО л в моче. Для НзР04.' К =11'10ъ Кт=75'10ж Кз=48'101з Для спектрофотометрического определения железа(11) проводят его реакцию с 1,10-фенаитролином, в результате которой образуется комплекс, интенсивно поглощающий при 510 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
