3. Фізичні методи аналізу

Фізичними методами називаються методи виявлення і кількісної оцінки вмісту хімічних елементів або речовин в об’єктах біосфери при вивченні фізичних властивостей речовини, виміру фізичних параметрів і встановлення співвідношення між ними і вмістом визначуваного компонента. До фізичних методів аналізу відносяться прийоми виявлення хімічних елементів і сполук за такими ознаками як:

• встановлені фізичні параметри — густина, температура кипіння і плавлення;

• їх зовнішні фізичні властивості: агрегатний стан, аморф­ність, кристалічність, змочування, крихкість, твердість, в’язкість, ламкість, колір, наявність блиску;

• зміни магнітних, електричних, теплових, оптичних, кріоскопічних, ебуліоскопічних властивостей, кінетичних ізотопних ефектів, виміру дипольних моментів, показників заломлення або фіксування спектру електромагнітних випроміню­вань.

1. Мас-спектрометрія

Одним із сучасних і точних методів аналізу, широко засто­совуваному у біогеохімії, нафтохімії, геології, біології, при аналізі забруднень навколишнього середовища, є мас-спектрометричний метод. Мас-спектрометрія дозволяє встановити точну молекулярну масу, елементний і ізотопний склад досліджуваних речовин, якісний і кількісний аналіз складних органічних сполук, криста­лів, мінералів. Цим методом здійснюється структурний аналіз біологічно важливих речовин, напр., білків, полісахаридів,

иуклеозидів, що входять до складу «живої речовини». Методом лазерної мас-спектрометрії встановлюють елементний склад зернових культур і продуктів їхньої переробки (клейковини, висівок тощо).

Сутність методу полягає у визначенні відношення маси йона

т ... ......

до його заряду —, відносної кількості ионів і їх поділу у магнітному

г

полі. Утворення йонів відбувається за рахунок йонізації досліджу­ваного зразка різними способами - електронним ударом з утворен­ням катіонів-радикалів; хімічною йонізацією, з утворенням протонованих молекулярних (МН)⁺ або кластерных йонів (МС Н )⁺ у високому вакуумі. Сукупність отриманих відношень т/г і відносних величин струмів уламкових йонів представляються у вигляді мас-спектра молекулярного йона і його фрагментів.

Розрізняють мас-спектрометри з електричною реєстрацією попів і мас-спектрографи, у яких здійснюється фотореєстрація. Мас-спектрометри - це складні прилади з електронним джерелом,

11 а грівальним елементом, розділовим пристроєм йонів у магнітному полі, спеціальною системою вакуум-відкачування, які постачені пристроєм керування і обробки даних.

Цей метод відноситься до аналітичних методів з високою чутливістю і ізотопним поділом елементів для проби зразка 0,1 — мг(!). На реєстрованому мас-спектрі молекулярний пік являє гобою смугу з найбільшим масовим числом і вказує точну молекулярну масу досліджуваної речовини. Інтенсивність піка пі нежить від її стабільності. Для алканів, спиртів, карбонових і п слот його інтенсивність є малою і зменшується з розгалуженням 'ілпцюга, натомість, для ациклічних і ароматичних сполук, мо­нокулярний пік яких стабілізований, його интенсивність є максимальною.

Прикладом використання мас-спектрометрії в біогеохімічних и м и ідженнях є реєстрація цим методом фітотоксичних нітрофено- м іи у рослинах, (рис. 2.1, за Р. Соніассі):

Аналіз мас-спектрів зводиться до розгляду схем фрагментації молекулярного йона, що йде завжди по енергетично вигідному іпилху, і встановленню структури молекули. Різновидом мас­ної,трометрії є хромато-мас-спектрометрія, що дозволяє крім

структури визначати кількісні співвідношення за інтенсивністю піків; метод ізотопного розведення - спосіб визначення концентра­ції елементів з гранично високою чутливістю 10 ¹² - 10¹⁶ гі низькою похибкою 0,1 - 0,5 % . Останнім часом ці методи широко використо­вуються в біогеохімії, геохімії, ізотопній геохронології, агрохімії й аналітиці. Мас-спектрометрією визначають вміст у ґрунті надтоксичної речовини діоксину при концентрації 10'⁶мг/кг.

Л

£->

О

• т-Н

Я

я

я

о

Я

Ф

н

я

■І—І

я

я

о

о

ч 0

109

/

139

172 іі-Д. і

65

298

'ч

209

/

253

V

Ч.

т

100

150

200

250

Маса/заряд

Рис. 2.1. Мас-спектр екстракту листя і сканування нітрофенолу {тп/г 139).

Запитання для контролю знань

1. Які види реєстрації фрагментарних йонів вам відомі?

2. Чи можна використовувати мас-спектрометрію для екологічного контролю?

3. Від чого залежить інтенсивність молекулярного йона в масс-спектрометричному методі?

4. Що дозволяє встановити мас-спектрометрія?

5. Чи можна визначити в мас-спектрі ізотопи одного й того ж елемента?