2.3.4 Флюориметрия

 

Многие органические и неорганические вещества способны к са­мостоятельному свечению, возникающему под различными воз­действиями. Это явление получило название люминесценции. По характеру процессов, вызывающих люминесценцию, различают: 1) фотолюминесценцию (возбуждение видимым или ультрафиолето­вым светом); 2) хемилюминесценцию (возбуждение за счет энергии химических реакций); 3) катодолюминесценцию (возбуждение элек­тронным ударом); 4) термолюминесценцию (возбуждение нагрева­нием); 5) триболюминесценцию (возбуждением механическим воз­действием). В химическом анализе имеют значение первые два вида люминесценции.

Люминесценцию также классифицируют по наличию послесве­чения. Она может прекращаться сразу при исчезновении возбужде­ния – флюоресценция или продолжаться определенное время после прекращения возбуждающего воздействия – фосфоресценция. В хи­мическом анализе в основном используют явление флюоресценции, поэтому метод назван флюориметрией. В разработку теории люми­несценции большой вклад внес советский ученый С. И. Вавилов.

Люминесценция возникает как следствие поглощения веществом квантов электромагнитного излучения и возбуждения его моле­кул или атомов. Перейдя в возбужденное состояние В, молекула или атом вещества через некоторое время ( с) возвращается в основное состояние А, излучив избыточную энергию в виде кван­тов. При этом часть энергии излучается сначала в виде кванта теплового излучения , что приводит к определенной стабилиза­ции молекулы на нижнем возбужденном уровне Г, затем происхо­дит излучение кванта В- или УФ-области спектра, сопровожда­ющееся переходом в основное состояние (рисунок 10). В связи с этим энергия (частота) флюоресцентного излучения меньше энергии (частоты) возбуждающего излучения (за счет теплового излучения). Это явление названо законом Стокса по имени ученого, открывшего его. Способностью к флюоресценции обладают некоторые ионы металлов (уран), многие комплексы и органические (в основном ароматические) соединения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 – Механизм возникновения флюоресценции

 

Спектры флюоресценции и по­глощения вещества связаны между собой определенными закономер­ностями. Первая из них заключа­ется в том, что центр тяжести спектра флюоресценции по закону Стокса лежит в более длинновол­новой области, чем центр тяжести спектра поглощения, т.е. Вторая закономерность – правило зеркальной симметрии, в соответствии с которым спектры поглощения и флюоресценции, построенные в шкале частот, приближенно симметричны относительно прямой, проходящей через точку их пересечения.

В аналитической химии имеют дело преимущественно с раство­рами флюоресцирующих веществ. Интенсивность флюоресценции зависит от концентрации вещества и связана с квантовым и энерге­тическим выходами, длиной волны возбуждающей радиации, тем­пературой раствора, присутствием в растворе посторонних веществ, величиной рН раствора, природой растворителя. При изменении этих факторов может происходить как усиление флюоресценции, так и ее ослабление или гашение. Последнее происходит вследствие того, что излучаемая энергия передается молекулам других веществ, находящимся в растворе, и флюоресценция не возникает. При уве­личении температуры происходит так называемое температурное гашение. При высоких концентрациях возникает явление концентра­ционного гашения флюоресценции. Присутствие в растворе посто­ронних примесей также может привести к гашению. Для боль­шинства флюоресцирующих веществ характерен свой интервал значений рН раствора, при которых возникает флюоресценция.

Флюоресцентные методы анализа делятся на прямые и косвен­ные. К прямым методам относятся такие, в которых непосред­ственно измеряется интенсивность флюоресценции. В косвен­ном флюоресцентном анализе флюоресценция служит индикатором, указывающим окончание процесса определения вещества. Методы прямого флюоресцентного анализа основаны на законе С. И. Вавилова, согласно которому в области малых концентраций (10^-7 – 10^-4 моль/дм³) интенсивность флюоресценции Ф раствора линейно зависит от концентрации: Ф = КС. При увеличении концентрации раствора линейность нарушается вследствие гаше­ния флюоресценции или уменьшения ее интенсивности. Здесь ана­литические определения сопряжены с большой погрешностью и, как правило, не проводятся.

Прямыми флюоресцентными методами количественно могут опре­деляться в растворе вещества, обладающие собственной флюорес­ценцией (определение витамина В₁; образующие с различными реагентами флюоресцирующие соединения (определение Al³⁺ по его комплексу с салицилаль-о-аминофенолом); гасящие флюоресценцию различных реагентов, связывая их в нефлюоресцирующие соеди­нения (определение Zn²⁺ по гашению флюоресценции родамин (С) – тиоцианата, который связывается с цинк-ионами).