Ю.А. Золотов - Основы аналитической химии (практическое руководство) (1110140), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Испускаемые люминофором фотоны могут поглощаться как самим люминофором, так и молекуламн других веществ, присутств)чощих в растворе. 7.5.3. тушеяле лнзмияе4:ценции Квантовый выход люьинесценции зависит от концентрации люминофора в растворе, температуры, присутствия посторонних веществ. Уменьшение квантового выхода под влиянием этих факторов называют тушением люмннеспенции.
Концентрационное тушение. В практике люминесцентного анализа прежде всего следует учитывать влияние концентрации люминофора, так как при больших концентрациях наблюдается эффект концентрационного тушения. Указанньгй эффект начинает проявляться с некоторой «пороговой» концентрации с4, при этом имеет место экспонепциальная зависимость квантового выхода от концентрации: Ф ч) 44~ = о~(4)4 (7.53) где;р,~я — квантовыи выход люминесценции при бесконечном разбавлении; 0 — константа. Величина «пороговой» концентрации с4 и константа 0 специфичны для различных Веществ.
При с((с« ф = ~Р~~щ=сопзп Эффект концентрационного тушения обратим: при разбавлении концентрированных растворов квантовый выход вновь достигает максимального значения, указывая на отсутствие сложных физико-химнчсских превращений молекул люминофоров. 446 Уменьшение квинтового выхода с увеличением концентрации люминофора вызвано, с одной стороны, ассоциацией молекул люминофора с образованием нелюминесцирующих агрегатов различного состава (так называемая теория молекулярной ассопиации), а с другой — миграцией энергии от возбужденных молекул к невозбужденным (так называемая теория миграции энергии).
Теория молекулярной ассоциации удовлетворительно описывает явление концентрационного тушения в относительно концентрированных растворах. Теория миграции энергии удовлетворительно описывает эффект концентрационного тушения в относительно разбавленных растворах люминофоров. Согласно этой теории между любыми соседними молекулами люминофора, при наличии перекрьшания их спектров поглощения и люминесценции, возникает резонансное взаимодействие, приводящее к безызлучательной миграции энергии от возбужденной молекулы к невозбужденной. Этот процесс протекает при условии сближения невозбужденной и возбужденной молекул на расстояния, соизмеримые с длиной волны испускаемого возбужденной молекулой света.
Чем сильнее излагаются друг на друга спектры поглощены и люминесценции, тем меньше величина «пороговой» концентрации люминофора со Концентрационное тушение может развиваться вследствие миграции энергии от возбужденных молекул на нелюминесцирующие ассоциаты молекул люминофора. Оба явления — самоассоциация молекул люминофора и миграция энергии от возбужденных молекул люминофора к невозбужденным или их ассоциатам — вносят различный вклад в суммарное концентрационное тушение люминесценции. Например, концентрапионное тушение родамина бЖ обусловлено преимущественно образованием нелюмянесцирующих димеров„в то время как концентрационное тушение флуоресцеина в основном определяется миграцией энергии возбуждения на нелюминесцирующие агрегаты.
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 форесценции.
В области комнатных температур выход оресценции обычно возрастает на несколько процентов пр уменьшении температуры на 1 'С. Увеличение выхода флуоресц нции по мере охлаждения раствора наблюдается до того момента, когда тем- 447 пература и вязкость раствора становятся благоприятными для испускания квантов фосфоресцевции. При дальнейшем охлаждении раствора выход флуоресценцви остается постоянным, а выход фосфоресценции возрастает до тех пор, пока их сумма не приблизится к единице. Условия проявления замедленной флуоресценции довольно специфичны.
Этот тип молекулярной люминесценции наблюдается в весьма ограниченных диапазонах температур, вязкостей и концентраций растворов. По сравнению с флуоресценцией и фосфоресценцией ее интенсивность невелика и достигает максимальных значений при комнатной и более высоких температурах, заметно ослабевая с понижением температуры. Тушение постороивими впцествами. Выход люминесценции "может уменыпаться в присутствии посторонних веществ, называемых тулштелями. К наиболее активным тушителям люминесценции относятся: тяжелые анионы и катионы 1, Вг, Сз(1), Сп(П) и др„парамагиитные ионы и молекулы Мп(П), О, и др.; молекулы растворителя. Взаимодействие тушителя с люминофором по своей природе может иметь либо химический (статическое тушение), либо физический (динамическое тушение) характер.
Отличительнььюи признаками химического тушения являются: уменьшение доли молекул люминофора, обладающих люминесценцией„' изменение спектров поглощения и люмипесцепции люминофора в присутствии тушителя; неизменность выхода люминесценции раствора люминофора, содержащего тушитель, при разбавлении; наличие стехиометрии между количествами люминофора и тушителя. Концентрационное тушение, связанное с образованием нелюмипесцирующих димеров и более крупных агрегатов молекул люминофора, является частным случаем химическокго тушения.
Когда взаимодействие люминофора и тушителя имеет физический характер, тушение люминесценции осуществляется за счет передачи энергии от электронно-возбужденных молекул люминофора к частицам тушителя. Тушители этого рода делят на два типа — «резонансные» и «нерезонансные». Для «резонансных» тушителей характерно перекрывание их спектров поглощения со спектрами люминесценции люмипофоров.
Как правило, даже малые концентрации «резонансных» тушителей вызывают сильный тушаший эффект. Спектры поглощения «нерезонансных» тушителей ые имеют зон перекрывания со спектрами излучения люминофоров. Ощутимый эффект тушения люминесценции «не- резонансными» тушителями достигается лшпь при высоких концентрациях последних. Отличительными признаками физического тушения являются: неизменность спектров поглощения и люминесценции люмино- 448 фора в присутствии тушителя; отсутствие стехиометрии между количествами люминофора и тушителя; сокращение длительности люминесценции (или среднего времени жизни возбужденного состояния) молекул люминофора. Практические работы Общие указания. При выполнении лабораторных работ необходимо следовать перечисленным ниже рекомендациям.
1. Прочитать все разделы пособия, касающиеся выполняемой работы. 2. Познакомиться с описанием приборов и порядком работы на них. 3, Анализируемые растворы и растворы, предназначенные для градуировки прибора, следует готовить одиовременно в строгом соответствии с методикой, а посуда для их приготовления и кюветы должны быть тщательно вымыты. Моют кюветы концентрированной соляной кислотой, промывают дистиллированной водой.
4. Кюветы перед заполнением необходимо два раза ополоснуть небольшим количеством измеряемого раствора. Заполняют кювету измеряемым раствором до такого уровня, чтобы поток возбуждающего света проходил полностью через слой раствора. У заполненных кювет перед установкой их в кюветпое отделение следует тщательно осушить внешние стенки фильтровальной бумагой. 5. Светофильтры и кюветы следует брать только за кромки или углы, чтобы не оставлять отпечатков пальцев на рабочих поверхностях. Загрязненные светофильтры аккуратио протирают чистой фланелью, а кюветы — фильтровальной бумагой. Работа 34 Проверка правила зеркальной симметрии спектров поглощены ы флуоресцеиции родамина 6Ж.
Определевие коицевтрации родамиив бЖ в водяых растворах Родаминовые красители или родамины (1) относятся к группе ксантеновых красителей. Их растворы в воде, спирте и других растворителях обладают интенсивной флуоресценцией. Способность родаминов к флуоресценцви объясняется наличием кислородных мостиков, придающих их молекулам необходимую жесткость. В отличие от родаминовых, трифенилметановые красители (1Г~ не флуоресцируют, так как отдельные части их,'молекул 449 К,, .а~ " Сх',Х)'" ' соок, Родаыин 110: Кг Кг Кз Н Родаыин 6Ж: Кг Н,Кг Кз СН Родамин Б: Сгыь Кз Н соок, Малелитовый зеленый: К,-СНь К;=Н Бриллиантовый зеленый: К~ Сгнь Кг=Н пирер оза изгнан: К =Н, К =1ЧНг закреплены не жестко и возможно вращение бензольных колец вокруг центрального атома углерода.
Родамнны интенсивно поглощают электромагнитное излучение видимого и УФ диапазонов спектра. Поэтому для возбуждения флуоресценцин можно применять источник как видимого, так и УФ света. С ридом крупных анионов типа СаС14,1пВг4, КЬС1е и другими родамнновые красители образуют ионные ассоциаты. Соединения такого рода хорошо экстрагнруются неполярными растворителями (бензол, толуол, тетрахлорнд углерода), что используется для экстракционно-фотометрического и экстракционно-флуорнметрического определения металлов, образующих указанные авионы. В процессе работы с родамнновыми красителями нередко приходится сталкиваться с задачей определения концентрации красителя в растворе.
Эта задача успешно решается в рамках люминесцентного анализа. Бензаурин: Кг =Кг Н Аурин: Кг-н, К,=ОН Фенолфтазеин: К,-Н, К,=СООН лзеноловъгй красный: К~=Н, Кг=ЗОзн Реагенты н аппаратура Стандартный раствор родамина 6Ж, 1 мкг/мл. Спектрофлуорнметр А. Проверка правила зеркальной симметрии. Выполнение работы. 1. Измеряют интенсивность флуоресценцни стандартного раствора родамина 6Ж в диапазоне длин волн 480 — 620 нм и определяют положение 2„,, 2.
Используя результаты измерений, выполненных по п. 1, и результаты измерения спектра поглощении родамнна 6Ж, представленные в табл. 7.26, строят на одном графике нормированные спектры поглощения (в координатах а/«- «) н флуоресценцин 1в координатах 1/«е — «) родамнна 6Ж. Таблида '.."5, Сиыетр лаглоныииа родаыииа 0Ж (с 2,010 зМ,! 1еы) 3. По точке пересечения обоих спектров определяют значение «,. 4.
Проверяют выполнение правила зеркальной симметрии, построив график зависимости Л«=«,-«у от «,. Если при этом получится прямая с тангенсом угла наклона 2, то правило зеркальной симметрии соблюдается. Б. Изучение влиянии мощности возбуяедяющего излучения иа интенсивность флуоресцеицни. Выполнение работы. 1. Готовят в мерных колбах вместимостью 25,0 мл серию растворов родамнна 6Ж с содержанием в них красителя, отвечающем табл. 7,27. 2. Измеряют интенсивности флуоресценции растворов прн различной мошности возбуждающего излучения 1/ и 1е Полученные значения заносят в табл. 7.27.
3. Рассчитывают и заносят в табл. 7.27 значения К,= = (1,' — 1',)/~1, - 1е), где г'= 1 — 6. Постоянство значений К; свидетельствует о линейности зависимости фототока от величины мощности светового потока флуоресценцин, падающего на фотокатод .- — а51 Ех 34/(47/Нт), Работа 35 7 -' 7'~~~,У4' 6 4 3 б' 5' 5 1~ о ш ~И2 з = ~ "7" (1- ЦЦя — 1)~ 452 фотоумножителя. Очевидно, что величина К=(2„К; 6 равна отношению мощностей двух потоков возбуждающего излуче иия, В. Определение родамииа 6Ж в водном растворе методом градуировочвого графика и оценка предела обиаружеивя родамииа 6Ж флуоряметрическвм методом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
