Т. Р. Рыспеков, Б. Д. Балғышева
жүктеу/скачать 0,83 Mb.
|
treatise140794
| 3.15 Люминесценттік талдау
Талдау анықталатын заттың люминесценциясын өлшеуге немесе саны анықталатын заттың санына тең химиялық реакция өнімін өлшеуіне негізделген. Бұл әдіс өте сезімтал және кейбір өсімдіктерде кездесетін металдардың, микроэлементтердің, биологиялық активті заттардың, пестицидтердің және олардың ыдырау өнімдерінің іздік сапасын анықтауға мүмкіндік береді. Люминесценция- бұл кейбір заттардың жұтылған энергияны сәуле түрінде шығару қабілеті. Заттың сәулеленуі кезінде жалғасатын және сәулелену тоқтаған кезде сөнетін люминесценция флюоресценсия деп аталады. Сәулелену тоқтағаннан соң біраз уақытқа жалғасатын люминесценция фосфоресценция деп аталады. Химиялық люминесценциялық талдау келесі артықшылықтарға ие: люминесценция кезінде зерттелетін заттың ыдырауы жүрмейді; талдау жүргізу үшін өте аз концентрациялы заттарды қолдануға болады (реттілік 10-8 г/мл); талдау уақыты бар жоғы бірнеше секундпен шектеледі, яғни, сандық люминесценттік талдаудың жалғасуы колориметрлік тура талдау сияқты; Талдауды оңай автоматтандыруға болады. Люминесценция. Люминесценция қозған күйде молекула немесе ионның электромагниттік сәулені шығаруын білдіреді. Егер артық сәулелену ұзақтылығы 10-10 секунд немесе одан көп болған жағдайда ғана дененің температуралық сәулеленуінің артық мөлшерін люменисценция деп атайды. Егер молекула немесе ион электромагниттік сәуленің жұтылу нәтижесінде қозған күйге ауысса, онда кейінгі люминесценция фотолюминесценция деп аталады. Барлық үдерісті қысқаша келесі сұлба түрінде сипаттауға болады: Молекула (негізгі күй) + жарық (жоғары энергия) = молекула (қозған күй) Молекула (қозған күй) → молекула (негізгі күй) + жарық (төмен энергия) Ультракүлгін немесе көрінетін сәулеленудің жұтылуы электрондардың негізгі күйінен кіші деңгейдегі тербелмелі біріншілік қозған күйіне ауысуын тудырады. Электрондар қозғаннан кейін біріншілік қозған күйдің ең төменгі деңгейіне жылдам ауысады, одан соң флуоресценттік сәулелену пайда болады. Негізгі және қозған күйге көптеген тербелмелі және айналмалы деңгейлер сәйкес келеді. Молекулада электрондардың қозуы үшін қажет электромагнитті сәулелену энергиясының бір бөлігі қозған күйдің жоғарғы тербелмелі деңгейінен төменгі деңгейіне ауысуы кезінде жоғалады. Бұдан басқа молекуладағы электрондар әдетте тербелмелі деңгейге қарағанда жоғары негізгі күйге қайтып келеді. Сондықтан флуоресцентттік сәулелену қозған күйден қарағанда аз энергиямен сипатталады. Стокс заңында: «Флуоресценттік сәулеленудің максимум жолағы қозған жарықтың жұтылу максимумына қарағанда ұзынырақ толқынды аймақта орналасады» делінген. Флуоросценция жолақтары әдетте сәйкес жұтылу(қозған) жолақтарымен ұқсас. Егер абцисса өсі бойымен сәулелену жиілігін орналастырса, онда көптеген күрделі молекулалардың жұтылу жолақтары мен флюоресценциясы бір-бірінің айналық бейнесі болады (В. П. Левшин ережесі), флуоресценция жолағы ұзын толқындардың үлкен аймағында қозғалады (немесе аз жиілікте). Жұтылу жолағы мен флюоресценция жолағының максимумы арасындағы ара қашықтық стокстық ығысу деп аталады. Стокстық ығысу қаншалықты үлкен болса, соншалықты флюоресценттік сәулеленуді қозған сәулеленуден бөлу оңай болады (жарық сүзгілердің көмегімен), соншалықты затты люминесценттік әдіспен анықтау сенімдірек болады. Қозған молекула негізгі күйге сәулеленусіз- ақ ауысуы мүмкін, артық қалған энергия жылу энергиясына айналады. Осындай айналудың ықтималдылығы температура көтерілген кезіндегі молекуланың тербелмелі энергиясының жоғарлауымен өседі. Қозған сәулеленудің флуоресценттік сәулеленуге айналуы кванттық шығымымен сипатталады. Кванттық шығым – бұл сәулеленген кванттық флуоресценция санының Nф, жұтылған кванттар санына қатынасы Nж. Вкв= Энергетикалық шығым – бұл флюоресценттік сәулеленудің сәулеленген кванттар санының , жұтылған сәулеленудің энергиясына қатынасы Вэн= Кванттық энергия жиілікке тура пропорционал, толқын ұзындығына кері пропорционал. Екв=hv=h мұндағы h- Планк тұрақтысы, с- электромагнитті толқындардың таралу жылдамдығы. Бұдан Вэн = = ; Вкв = Вкш. Стокс заңы бойынша < λ ф , сәйкесінше Вэн < Вкш Вавилов заңына сәйкес егер орташа қоздырушы толқын өзінен ұзынырақ толқын ұзындығына айналса, фотолюминесценция тұрақты квант шығымын сақтай алады және флуоресценция жолағы өзгермейді. Демек, қозған сәулеленудің толқын ұзындығы энергетикалық шығым флюоресценцияның азаюымен төмендейді. Бұл заңдылықтың физикалық мәні флюоресценция жолақтары молекулалардың энергетикалық деңгейлерінің жиынтығымен анықталады. Сәулеленуге емес жылу энергиясына айналатын молекулаларды қоздыруға жұмсалатын энергияның үлесі, кванттық энергияның артуымен өседі. Ары қарай қозған кванттық энергияның өсуі молекуланың фотохимиялық ыдырауы және бөгде заттардың флуоресценциясының туындауы нәтижесінде болуы мүмкін. Берілген заттар үшін флюоресцециялық шығым қаншалықты үлкен болса, соншалықты осы заттың сәулеленуіне қолдануға негізделген аналитикалық реакциясы сезімтал болады. Агрохимиялық талдау үшін бірінші кезекте анықталатын зат концентрациясының флуоресценция қарқындылығымен байланысы маңызды. Флуоресценция қарқындылығы мысалы, жарық жұтылу заңын қолдана отырып, есептеуге болатын сәулеленудің жұтылу қарқындылығына тәуелді. Бұл заң өткен қарқындылық Р және түскен жарық жұтылу қабатының қалыңдығы мен анықталатын заттың концентрациясын С байланыстырады. Р = Р0е-εХС, мұндағы ε- берілген затқа тұрақты өлшем. Жұтылған сәулеленудің қарқындылығы - бұл бірлік уақыттағы квант саны. Рп = Р0 – Р = Р0 – Р0е-еХС = Р0 (1- е-εХС) Оны флуоресценцияның квантты шығымына көбейте отырып, флуоресценценттік сәулеленудің қарқындылығын аламыз. Рф = ВквРп = Вкв Р0(1- е-εХС) Соңғы көбейтіндіні аз мәнді концентрацияның С ХС өлшеміне ұмтылу қатарына ыдыратуға болады. Осы өлшемді қолдана отырып және флюоресценциялық сәулеленудің барлық бағытына тек біртекті таралатын флюоресценциялық сәулеленудің бір бөлігін ескеретін пропорционалдық коэффициентін k енгізе отырып, келесі теңдеуді аламыз. Вф = kВквР0(1- е-εХС) Талдау шарттарында тек Bкв ғана емес, С және Рф -тан басқа өлшемдерде тұрақты. Осылайша, флюоресценция қарқындылығы мен анықталатын заттың концентрациясы тура пропорционалды түрде байланысқан: Рф=kС Алайда көптеген қосылыстар үшін флуоресценцияның концентрацияға тәуелділігі тек өте сұйылтылған ерітінділерде байқалады. Флюоресценуші заттың концентрациясының өсуімен бастапқыда жарықтың жарқылдауы концентрацияға пропорционалды түрде өседі, ары қарай одан артта қалады да, кейін төмендейді. Бұл құбылыс флюоресценциялық концентрациялық сөндіру деп аталады. Бұндай құбылыс қайтымды, концентрленген ерітінділерді сұйылту барысында жарқылдау қайта қалпына келеді, яғни күрделі физико-химиялық айналулар болмайды. Көптеген заттардың концентрлік сөнуінің басталуы 10-4-10-3 гмоль/л аймағында жатады. Бұл сәулелену толқынының ұзындығының осындай арақашықтықта молекулалар арасындағы аз мәніне сәйкес келеді, бірақ люминесцерлеуші молекуланың сызықты өлшемінен асады. Осы жағдайда құбылыс миграциялық энергия теориясымен жақсы түсіндіріледі, сәйкесінше сәулеленетін молекуламен соқтығыспай, сәулеленетін жарық тағы да басқа молекулалармен жұтылады. Флюоресценциялық талдаудың спектрофотометрлік талдаудан басты артықшылығы- бұл бірінші әдістің жоғары сезімталдығы. Спектрофотометрде Р0/Р қатынасы өлшенеді, бұл толқын ұзындығы дәл сондай жарық ағынының қарқынды фонында әлсіз жұтылудың дәл анықталуының сенімділігін айтарлықтай азайтады. Флюориметрия қоздырғыш сәулеленуге тәуелді флюоресцентті сәулеленуді өлшеуге негізделген, яғни фонды нөлге дейін азайтуға болады, мұнымен әлсіз сигналдың қарқындылығы айтарлықтай дәлірек өлшенеді. Өйткені өлшенетін Рф өлшемі Р0- ға тура пропорционал, заттардың тұрақты концентрациясының қарқындылығының спектрофотометрияға қарағанда үлкенірек мәнін алу үшін неғұрлым қарқынды қоздырғыш сәулеленуді қолдануға болады. Әдетте спектрофотометриялық әдіс концентрацияны 10-5 гмоль/л дәлдікпен және затты 1 мкг/мл- ге дейін анықтауға мүмкіндік береді. Флюоресценциялық әдіс концентрациясы 10-8 гмоль/л және 0,001 мкг/мл –ға дейінгі анықтауларды жүргізу үшін қолданылады. жүктеу/скачать 0,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|