Том 1 (1109661), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Как видно из диаграммы, изображенной на рис. 3.91, энергия фотона, испущенного в результате флуоресценции, ниже, чем энергия поглощенного фотона. Поэтому спектр флуоресценции молекулы находится в области более длинных волн по сравнению с ее же спектром поглощения (возбуждения). На рис.3.93 приведено сравнение спектров поглощения и флуоресценции молекул антрацена. Видно, что эти спектры зеркально симметричны друг другу. Причина состоит в схожести строения колебательных уровней энергии в основном и возбужденном состоянии (ср. рис.
3.91). ! ! ! флуоресценцнл ! ! ! ! ! ! ! ! ! 250 300 350 400 450 длина волны, нм Рис. 3.93. Спектры возбуждения и флуоресценции антрацена. Фосфоресценция обусловлена переходом из триплетного состояния. Как следует из диаграммы Яблонского (рис.3.91), для осуществления фосфоресценции необходима предварительная интер- комбинационная конверсия. Длительность процесса фосфоресценции составляет от 10 ~ до 10 с. Особенно длительное свечение наблюдается в случае биолюминесценции. Количественный анализ В люминесцентном методе анализа зависимость аналитического сиг- нала (интенсивности люминесценции) от концентрации вещества сложнее, чем в абсорбционном (закон,Ламберта Бера). Она зави- сит от квантового выхода люминесценции ф число испущенных фотонов (3.85) число поглощенных фотонов Для очень разбавленных растворов зависимость между интенсивностью люминесценции 1 и концентрацией с приближенно выражается как 1 = Я105дс, (3,86) где Х0 — интенсивность внешнего источника света, а е, !г и с имеют те же значения, что и в формуле (3.79) выражения закона Ламберта— Бера.
Важно отметить, что, в отличие от оптической плотности, (ЗВа г г.С г .* г интенсивность люминесценции прямо пропорциональна интенсивности источника света. Чем выше интенсивность источника, тем больше и аналитический сигнал. По сравнению с методом абсорбционной спектроскопии люминесцентный метод характеризуется более широким динамическим диапазоном концентраций, достигающим трех порядков (от 10 7 до 10 4М). В то же время область линейности градуировочной зависимости (ее подчинения уравнению (3.86)) в люминесцентном методе невелика. С ростом концентрации (особенно при концентрациях выше 10 ~ М) градуировочный график заметно отклоняется вниз.
Причинами являются эффект концентрационного тушения люминесценции и самопоглощение. Тушение люминесценции происходит в результате столкновения возбужденной молекулы с другими молекулами — особенно пара- магнитными (растворенный кислород), которые стимулируют процессы интеркомбинационной конверсии.
Самопоглшцеиие состоит в поглощении части испускаемого света слоем люминесцирующего вещества. Аппаратура в люминесцентном анализе Прибор для измерения интенсивности флуоресценции отличается от абсорбционного спектрофотометра тем, что измерение происходит под углом (обычно прямым) к падающему лучу света. Поэтому кюветы должны быть прозрачными во всех направлениях. Высококачественный флуоресцентный спектрометр включает в себя два монохроматора. Это позволяет независимо регистрировать и спектр возбуждения,и спектр флуоресценции (рис.3.94). Для регистрации фосфоресценции необходимы еще два дополнительных устройства. Одно из них — механический или электронный прерыватель, позволяющий облучать пробу очень короткими импульсами и тем самым отделить длительное фосфоресцентное свечение от кратковременного флуоресцентного. Кроме того, фосфоресценция обычно наблюдается лишь при очень низких температурах (при повышении температуры происходят интенсивные процессы дезактивации триплетного состояния вследствие столкновений между молекулами).
Поэтому фосфоресцентный спектрометр, как правило, включает в себя и устройство для охлаждения пробы до температуры жидкого азота. Ю.Я. М д Е к р р 8 р 285)) 0 72 359 588 208 послощение, нм Рис. 3.94. Трехмерный спектр возбуждения и флуоресценции антрацена. Практическое применение Число флуоресцирующих веществ весьма ограничено. Особенно интенсивной флуоресценцией обладают конденсированные полиароматические системы такие, как в молекулах антрацена, флуоресцеина или флуорена (рис. 3.95).
Для флуорена квантовый выход близок к 1 (в то время, как, например, для дифенила — лишь 0,2). Часто интенсивность флуоресценции возрастает в результате комплексообразования с ионом металла, например, в случае образования комплекса Ы+ с 8-оксихинолином (рис. 3.95).
но .Г 1 / ~ / антрацен лифеннл флуоресцин ! ! комплекс 1л' с 8-окснхинолином флоурен Рис. 3.93. Некоторые флуоресцирующие вещества. 1498 а 749 375 (286 Г 3. С р д Таблица 3.25. Методы флуоресцентного определения неорганических ионов. Длина волны, нм Предел обнару.- Мешают жения, нг/л Ион Реагент возбужд.
флуор. А!а+ Ве,ре,Сп,р Ве, Ре, Сп 488 О, 03 488 О, 01 морин 420 комплекс А! с 420 морином (тушение) В407 Бп + 450 О, 04 Ве, ВЬ, -~На 470 0,1 Хг, Р, РО~~ 570 0,2 М8 370 бензоин флаванол 400 8-оксихинолин 370 Фосфоресценцию используют для количественного анализа крайне редко, несмотря на то, что фосфоресцентный метод, как правило, селективнее флуоресцентного. Причины состоят в низких точностных характеристиках фосфоресцентного метода и необходимости использования низких температур.
Известны методики фосфоресцентного определения ряда органических и биологических соединений — пестицидов, аминокислот, нуклеиновых кислот. Для некоторых соединений, содержащих ароматические системы с заместителями — тяжелыми атомами 1бром, иод), способность к фосфорссценции выражена даже сильнее, чем к флуоресценции. Хемилюминесценция Хемилюминесцентное излучение наблюдается тогда, когда в ходе химической реакции образуется возбужденная молекула, способная люминесцировать при переходе в основное состояние, Это явление наблюдается и в биологических системах и называется в этих слу- Из рис. 3.95 можно заключить, что флуоресцентный метод применим для непосредственного определения некоторых органических веществ.
С его помощью можно контролировать чистоту природных вод, поскольку среди органических загрязнителей, как правило, всегда имеются флуоресцирующие. Использование флуоресцирующих органических реагентов таких, как 8-оксихинолин, позволяет определять и ионы металлов. Пределы обнаружения в этих случаях находятся на уровне пикограммов в литре. Селективность флуоресцентных методов часто выше,чем абсорбционных фотометрических.
В табл.3.25 приведены примеры использования органических люминесцентных реагентов. дд. С д . д Р Р (Ядддд 28~~) чаях биолимииесцеииией. Рассмотрим хемилюминесцентную реак- цию, применяемую для определения оксида азота ХО: МО+ Оз — д МО~+ 02, ХО~ — ~ "г102+ Ьдд. Для выполнения анализа требуется лишь измерить интенсивность возникающего люминесцентного излучения с помощью ФЭУ. Поскольку единственным источником излучения в этом случае является химическая реакция, разложения света в спектр не требуется. В рассмотренном примере интервал длин волн испускаемого света составляет 600-2800 им.
Реагент — - озон -- генерируют электрохимически и смешивают с анализируемой пробой. Практически важное значение имеет и определение самого озона с помощью хемилюминесцентной реакции. Реагент — краситель родамин  — иммобилизуют на, поверхности силикагеля. Методика позволяет определить до 1 части озона на миллиард. 3.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (Я МР) Метод ядерного магнитного резонанса, .сокращенно обозначаемый как ЯМР, основан на использовании электромагнитного излучения в радиочастотной области (см. рис, 3.1).
В отличие от всех рассмотренных ранее спектроскопических методов, здесь происходит возбуждение атомных ядер. Энергии радиочастотного излучения самой по себе недостаточно для возбуждения атомных ядер. Однако при наложении внешнего магнитного поля уровни энергии ядер расщепляются, и в этом случае для возбуждения может быть использовано радиочастотное излучение. Спектроскопия ЯМР— важнейший метод определения структуры органических молекул, включая биоорганические. Ее можно использовать и для установления структуры неорганических соединений, а также для количественного анализа.
Теоретические основы Возбуждение ядер в магнитном поле Большинство атомных ядер обладает собственным моментом импульса или ядерным спинам р. Он характеризует магииткый мо- (288 Г 2. о р д мент ядра. Ядерный спин квантуется в соответствии с соотноше- нием (3.87) где Ь вЂ” постоянная Планка (уравнение (3.6)), а / — — спииовое квантовое число. Наиболее важные для спектроскопии ЯМР ядра 1Н, 1~С, 1вг и 31Р имеют ядерный спин, равный 1/2.
Существуют и ядра с более высокими спинами, например, 3/2 для '1В и 6/2 для '70. Спины некоторых ядер приведены в табл. 3.26. Следует обратить внимание, что в таблице не упоминаются изотопы '2С и '60, составляющие основную долю природных углерода и кислорода. Спины этих ядер равны нулю. Они не обладают магнитным моментом и непригодны для спектроскопии ЯМР.
Магнитный момент ядра и пропорционален его моменту импульса: (3.88) Р= 7Р. Коэффициент пропорциональности / называется гиромагиитным отношением. Он имеет размерность Тл/с (тесла на секунду) и свое значение для каждого ядра (табл. 3.26). Таблица 3.26. Свойства наиболее важных длл спектроскопии ЯМР лдер. Распростра- ненность в природе,% Из о- Спин Гиромагнит. Относительная отношение чувствительу, 10 Тл/с ность (Во = 4, 69 Тл) Частота ЯМР, МГп (Ве = 2, 349 Тл) топ 26,752 2, 875 8, 584 6, 728 1, 934 99, 98 -2, 712 -3, 628 25, 181 -5, 319 10, 841 94, 077 19, 865 40, 481 Как мы уже упоминали, без внешнего магнитного поля расщепления уровней энергии ядер не наблюдается. В магнитном поле с 'Н 1/2 1еВ 3 "В 3/2 'зС 1/2 14ь1 "'ч '70 5/2 2е81 1/2 мР 1/2 19,6 80,4 1,11 99, 634 О, 366 О, 038 100, 0 4,67 100, 0 1,00 О, 020 О, 165 О, 016 О, 001 О, 001 О, 029 О, 833 О, 008 О, 066 100, 0 10, 747 32, 084 25,144 7, 224 10, 133 13, 557 .с- -- т --..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
