Ю.А. Золотов - Методы химического анализа (Основы аналитической химии, том 2) (1110130), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Закон затухания является одним из основных законов молекулярной люминесценции. Согласно этому закону интенсивность люминесценции после прекращения возбуждения спадает со временем по экспоненциальному закону: где 6 — интенсивность люминесценции в момент времени г, /в — интен- сивность люминесценции в момент прекращения возбуждения; т — дли- тельность люминесценции (среднее время жизни возбужденного состоя- ния).
При г = т Таким образом, при экспоненциальном затухании люминесценции весь ход процесса свечения определяется величиной г. к/ енсивность люминесценции и концентрация люминофора /мовен интенсивность люминесценции характеризовать числом кванпсли ин ов, испуска каемых люминофором в единице объема а единицу времени, то в соота тветствии с основным законом поглошения и определением квантового го выхода люминесценции зависимость интенсивности люминесценци ии от концентрации люминофора в растворе выражается формулой: где о— 1 — мощность возбуждакицего излучения (число возбуждающих квантов, падающих на единицу объема раствора люминофора в единицу времени); Т вЂ” пропускание люминофора при длине волны возбуждающего излучения; /г — коэффициент поглощения люминофора при длине возбуждаюшего излучения.
Если доля поглощенного люминофором возбуждающего излучения мала (Р/с с 0,05), формула (11.68) упрощается: 1= 2 3030./о/г/с. Таким образом, интенсивность люминесценции пропорционапьна квантовому выходу люминесценции, мощности возбуждающего излучения, коэффициенту поглошення и концентрации люминофора. Формула (11.69) является математическим основанием количественного люминесцентного анализа. Зависимость интенсивности люминесценции от концентрации люминофора часто сохраняет линейный характер в пределах трех-четырех порядков величины концентрации.
Отклонения от линейности вызваны рядом причин: невыполнением соотношения к/с < 0,05; явлением концентрационного тушения, ограничивающим верхний диапазон линейности концентраций на уровне -10 М, эффектом внутреннего фильтра и эффектом самопоглошения (реабсорбции). Эффект внутреннего фильтра связан с поглощением части возбуждающего излучения при прохождении через слой люминофора. Это вызывает снижение интенсивности его люминесценции. Под самопоглошеии ают поглошение люминофором части люминесцентного изиием понимают по лучения. Это явление характерно для любых методов анализа, основанных скании фотонов.
С иим мы уже сталкивались при рассмотреных на испускании иии атомно-эмиссионной спектроскопии (см. разд. 11.3.1). Самопоглощ е минимально для слабопоглощаюших растворов, а также если возщение минималь буждение люминесценции проводят при длине волны, соответствующей максимуму поглощения люминофора. Тушение люминесценции Выход люминесценции зависит от концентрации люминофора в рас творе, температуры, присутствия посторонних веществ. Уменьшение аы хода люминесценции под влиянием этих факторов называют тушением люминесценции. Концентрационное тушение. В практике люминесцентного анализа прежде всего следует учитывать влияние концентрации люминофора, так как при больших концентрациях наблюдается эффект концентрационного тушения.
Указанный эффект начинает проявляться с некоторой «пороговой» концентрации см при этом имеет место экспоненциальная зависимость выхода люминесценции от концентрации: ~р = ~р~ ехр(-9(с — с~)), (11.70) где ~ра — выход люминесценции при бесконечном разбавлении; 9— константа. Величина «пороговой» концентрации са и константа 9 специфичны для различных веществ. При с~с, ~р=~р,=сопка Эффектконцентрационного тушения обратим: при разбавлении концентрированных растворов выход люминесценции вновь достигает максимального значения, указывая на отсутствие сложных физико-химических превращений молекул люминофоров.
Уменьшение выхода люминесценции с увеличением концентрации люминофора вызвано, с одной стороны, ассоциацией молекул люминофора с образованием нелюминесцирующих агрегатов различного состава (механизм молекулярной ассоциации), а с другой — миграцией энергии ог возбужденных молекул к невозбужлениым (механизм мшрации энергии). Температурное тушение. Повышение температуры вызывает уменьшение выходов флуоресценции и фосфоресценции. Это связано с тем, что безызлучательная дезактивация электронно-возбужденных состояний осуществляется преимущественно при соударениях излучающих молекул, а частота таких соударений в растворах прямо пропорциональна температуре.
Охлаждение, наоборот, увеличивает выходы флуоресценции и фосфоресценции. В области комнатных температур выход флуоресценции обычно возрастает на несколько процентов при уменьшении температуры на 1 'С. Увеличение выхода флуоресценции по мере охлаждения раствора наблюдается до того момента, когда температура и вязкость раствора становятся благоприятными для испускания квантов фосфоресценции. При дальнейшем охлаждении раствора выход флуоресценции остается постоянным, а выход фосфоресценции возрастает до тех пор, пока их сумма не приблизится к единице. Тушение посторонними веществами. Выход люминесценции может уменьшаться в присутствии посторонних веществ, называемых 316 нтелями. К наиболее активным тушитущнте лям люминесценции относятся: тя жем яые ан анионы и катионы (Г, Вг, Са, Сп и !р,); п парамагнитные ионы и молекулы (Мп", О, и др.); молекулы растворителя. Взаимодействие тушителя с люминофором м по своей природе может иметь либо химический (статическое тушение), либо физический (динамическое тушение) харакгер.
Статическое тушение обусловлено образованием нелюминесцирующег о продукта взаимодействия люминофора с тушителем. В качестве имера можно привести тушение флуоресценции 2-(о-оксифенил)- беизоксазола ионами Сп~', вызванное образованием нефлуоресцирующего бис-комплекса. Частным случаем статического тушения является концентрационное тушение, связанное с образованием нелюминесцирующих димеров и более крупных агрегатов молекул люминофора. Динамическое тушение происходит, когда взаимодействие люминофора и тушителя имеет физический характер, а тушение люминесценции осуществляется за счет передачи энергии от электронно-возбужденных молекул люминофора к частицам тушителя. Как для статического, так и для динамического тушения степень тушения люминесценции выражается уравнением Штерна †Фольме: ~рl (р = 1+ К(Я, (11.71) где ~р и ~рд — выходы люминесценции в отсутствие и в присугствии тушителя; К вЂ” константа тушения; (Я вЂ” концентрация тушителя.
В ческого тушения константа К равна константе устой- В случае статическ чивости )3 нелюминесцирующего комплекса, а в случае динамического тушения она определяется константами скоростей различных процессов дезактивации электронно-возбужденного состояния молекул люминофора. Если в присутствии туш ии тушителя поглощение люминофора не изменяется, формулу (11.71) можно представить в виде 1!1о =!+К(И, (11.72) гле 1 и 10 — интенсивносги люминесценции в отсутствие и в присугствии тушителя. Аппаратура и техника молекулярного люм ц юминес ентного анализа хема прибора для люминесцентного анализа изоПринципиальная схема при ра для .
11.10. От чительной особенностью люминесцентного бражена на рис. . . личите ь 317 спекгрометра является то, что в нем могут присутствовать два анализат . ра частоты: входного (первичного), выделяющего излучение определен. ного спектрального диапазона из потока света внешнего источника, в выходного (вторичного), выделяющего некоторый лиапаэон люминес центного излучения образца.
Изменяя длину волны входного анализато. ра, регистрируют спектры возбуждения люминесценции, а изменяя длину волны выходного анаяизатора — спектры люминесценции. Существуьэт и специальные методы анализа (синхронная и трехмерная люминесцент. ная спектроскопия), основанные на одновременном изменении длин воли как возбуждающего, так и люминесцентного излучения. Отметим, что, в отличие от спектрофотометрии, в люминесцентном анализе степень монохроматичности внешнего источника излучения не влияет на форму зависимости аналитического сигнала от концентрации, Поэтому входной анализатор частоты может и отсутствовать.
К источникам излучения в люминесцентном анализе предьявляются два основных требования. Во-первых, они должны давать излучение того спектрального диапазона, который поглощается образцом. Во-вторых, интенсивность этого излучения должна быль достаточно велика, поскольку величина аналитического сигнала — интенсивность люминесцентного излучения 1 — прямо пропорциональна интенсивности источника излучения 1а (см. формулу (11.69)1. Последнее обстоятельство составляет принципиальное отличие люминесцентных методов анализа от абсорбцнониых, для которых аналитический сигнал — оптическая плотность — представляет собой относительную величину и не зависит от интенсивности источника излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
