56. Оптические методы анализа. Общий принцип метода. Классификация

оптических методов анализа /по изучаемым объектам, по характеру

взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, по

используемой области электромагнитного спектра, по природе

энергетических переходов/.

Оптические методы анализа

Оптические методы основаны на идентификации спектров веществ, а также на измерении интенсивности поглощаемого, излучаемого, отраженного или рассеянного света. Спектр – совокупность спектральных линий, каждая из которых отвечает электромагнитному излучению определенной длины волны, то есть определенной энергии электромагнитного излучения.

Длина волны спектральной линии (λ) – качественная характеристика атома или функциональной группы молекулы; используется для качественного анализа. Интенсивность спектральной линии (I) пропорциональна концентрации анализируемого элемента или вещества; используется для количественного анализа.

Классификация оптических методов

Весь спектр электромагнитного излучения традиционно делят на несколько областей в зависимости от длины волны: микроволновая              - более 300 мкм инфракрасная (ИК)         - 300 мкм – 750 нм видимая                         - 750 нм – 380 нм ультрафиолетовая (УФ)   - 380 нм – 10 нм рентгеновская                 - 10 нм – 1 Å область γ - излучения     - 1 Å – 10-30 Å,     где 1 мкм = 1000 нм = 10^-6 м; 1 нм = 10^-9 м; 1 Å = 10^-10 м. Для химического анализа чаще всего используют три из перечисленных области спектра и соответственно различают следующие варианты спектральных методов: - ИК-спектроскопия  - УФ-спектроскрпия - колориметрия («колор» – цвет) – используется видимая часть спектра. Существуютт спектры поглощения  и спектры испускания.

 Спектры поглощения (абсорбционные) образуются в результате избирательного поглощения веществом электромагнитного излучения определенной длины волны. 

Спектры испускания (эмиссионные) регистрируют электромагнитное излучения, испускаемое предварительно возбужденными частицами. Соответственно, различают: - абсорбционный спектральный анализ - эмиссионный спектральный анализ. Методы, заключающиеся в снятии спектров в широкой области длин волн, называют спектроскопическими. При измерении интенсивности электромагнитного излучения при определенной длине волны метод называют спектрофотометрией. Первая группа методов используется, как правило, для качественного анализа, вторая – для количественного. Различают атомные спектры и молекулярные спектры. 

Атомные спектры используются для элементного анализа (определяют концентрацию химического элемента в веществе). 

Молекулярные спектры позволяют проводить функциональный анализ, определять наличие и концентрацию функциональных групп и связей в веществе. Обычно используют эмиссионные атомные спектры. Для их получения вещество переводят в газообразное атомное состояние, используя высокотемпературное пламя, искровые и дуговые электрические разряды, плазму и т.п. Существуют методы, в которых используют атомные спектры поглощения, например, атомно-абсорбционный анализ. Наибольшее применение имеют молекулярные спектры поглощения. При поглощении энергии может происходить изменение энергии электронов в молекуле (электронный переход), изменение энергии колебания ядер (колебательный переход), изменение энергии вращения молекулы (вращательный переход). Электронные переходы вызывают поглощение излучения УФ- и видимой области спектра, для колебательных и вращательных переходов достаточно энергии ИК-излучения. Методы разные, но в их основе лежат одинаковые законы светопоглощения.

Оптические методы анализа неразрывно связаны с использованием современных приборов различной сложности, что увеличивает стоимость анализа, но дает ряд преимуществ по сравнению с классическими химическими методами: экспрессность, неразрушаемость образца, простоту методики, потребность в небольших количествах веществ для анализа, возможность анализировать соединения любой природы и проводить экспресс-анализ многокомпонентных смесей. Кроме того, они повышают чувствительность, точность и воспроизводимость результатов количественных определений.

Существуют приборы визуального типа, в которых измерения выполняют визуально, то есть с помощью глаза, и фотоэлектрического типа, в которых интенсивность излучения определяют с помощью фотоэлементов (например фотоколориметрия и т. п.).

Классификация фотометрических методов

1. Классификация по спектральным характеристикам оптического излучения:

а) Фотометрические – методы, применяющие для исследования световой

поток с широким диапазоном длин волн.

б) Спектрофотометрические – методы, использующие световой поток с

узким диапазоном длин волн ∆λ < 10 нм).

2. Классификация по виду взаимодействия вещества с излучением:

а) Абсорбционная фотометрия – методы изучающие поглощение светового

потока при его прохождении через биообъект.

б) Нефелометрия – методы изучающие рассеивание света в объекте.

в) Турбидиметрия – метод анализа мутных сред, основанный на измерении

интенсивности света прошедшего через исследуемый объект.

г) Рефлектометрия – метод анализа основанный на измерении

интенсивности света отраженного от исследуемого объекта.

д) Эмиссионнаяфотометрия – методы, изучающие излучение света веществом.

е) Люминисцентная фотометрия – методы, изучающие собственное

свечение вещества при его возбуждении различными способами.

3. Классификация методов по объектам исследования:

а) Методы исследования биопробы ижидкости (аналитические)

б) Методы, предназначенные для исследования организма.