Контрольні питання

1. Дати оцінку радіаційним методам контролю якості СГП

2. За яким принципом оцінюють дію радіонуклідів на організми

3. Як надають оцінку дії випромінювання на речовину

4. Обгрунтувати принцип дії іонізаційних детекторів на СГП

Лекція 13

АНАЛІЗ СІЛЬГОСППРОДУКЦІЇ МЕТОДАМИ ОПТИЧНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ

13.1. Загальні принципи спектроскопії

Основний принцип спектроскопічних методів – взаємодія речовини з електромагнітним випромінюванням, що призводить до поглинання випромінювання або емісії. Взаємодія можлива в дуже широкому інтервалі електромагнітних хвиль – від гамма-променів до радіохвиль. При впливі електромагнітного випромінювання відбувається зміна енергії молекул відповідно до рівняння Бора:

ΔЕ = Е₁ – Е₀ = hν,

де Е₀ – енергія основного стану; Е_1 – енергія збудженого стану; h – константа Планка; ν – частота випромінювання; ΔЕ – зміна енергії системи.

Для молекули можливий цілий ряд збуджених станів (E₂, E₃ ..), але найважливіші з них перші. Збуджений стан існує короткочасно, і через приблизно 10 наносекунд, частка, що поглинула квант, повертається в основний стан. При цьому дотримується принцип Франка – Кондона про незмінність міжатомних відстаней. Після цього частка здатна знову поглинати фотони, а енергія цього переходу розсіюється в довкіллі у вигляді тепла або світла.

Набір коливальних підрівнів основного і збудженого станів спектра поглинання характеризує електронні переходи, їхню специфічність для кожної обумовленої речовини.

Дезактивація збуджених станів може відбуватися трьома шляхами:

а) за допомогою випромінювання – емісії (люмінесценція),

б) збуджений стан віддає свою енергію у вигляді теплоти (перехід без випромінювання),

в) відбувається розрив одних хімічних зв'язків і утворення нових (фотохімічні реакції).

При поглинанні енергії в межах оптичного спектра може змінюватися обертальна, коливальна енергія молекули або енергія порушення зовнішніх валентних електронів. Обертання і коливання молекул квантовані.

Електромагнітне випромінювання характеризується як хвильовими параметрами, так і енергетичними. Хвильовими параметрами є довжина хвилі λ (м, див, нм) і частота коливань ν (с^-1, Гц), що зв'язані між собою рівнянням:

ν = c/λ

де с – швидкість світла. Часто користуються величиною, називаної хвильовим числом (іноді її неправильно називають частотою): ν = 1/λ, см^-1.

Енергетичні параметри характеризують різницю енергії між основним і збудженим станами (енергія переходу); їх виражають в електрон-вольтах (еВ) або джоулях на моль (Дж/моль). Загальну енергію молекули Е (крім ядерної енергії) виражають сумою

Е = Е (електронна) + Е (обертальна) + Е (коливальна)

13.2. Основний закон поглинання

Проходження потоку випромінювання I₀ через поглинаюче середовище викликає зміну інтенсивності потоку I. Загальну формулу оптичного поглинання відтворює закон Бугера-Ламберта-Бера

D (A) = lg I₀/I = εcl (1)

де D(A) – оптична густина,

ε – коефіцієнт молярного поглинання,

c – концентрація речовини, моль/л,

l – товщина поглинаючого шару (кювети), см,

T – оптичне пропускання, %.

На цьому законі працюють усі прилади в інфрачервоному, видимому, ультрафіолетовому спектральних діапазонах.

Величину lg(I₀/I) у рівнянні (1), що характеризує здатність розчину аналіту до поглинання, називають світопоглинанням або оптичною щільністю А (англ. absorption – поглинання) або D (англ. density – щільність). Світопоглинання при постійних значеннях величин c і l залежить від довжини хвилі.

Значення поглинання А зчитують безпосередньо зі шкали приладу. При необхідності користуються шкалою світопропускання Т (%). Зв'язок між обома характеристиками оптичної щільності виражає рівняння:

А = lg(l/Т)·100 = 2 – lgТ (2)

На практиці залежність А від концентрації обумовленої речовини при постійній ширині кювети (довжині оптичного шляху) зображують градуйованим графіком. При цьому молярний коефіцієнт поглинання e дорівнює тангенсові кута нахилу градуйованої прямої до осі абсцис за умови, що концентрація аналіта виражена в моль/л, причому чим більше кут нахилу прямої до осі концентрацій, тим вище чутливість фотометричного методу.

Закон Бугера-Ламберта-Бера дотримується при використанні розведених розчинів і визначених умов, наприклад:

• постійна температура,

• монохроматичність світлового потоку і колінеарність світлових коливань, обумовлені конструктивними особливостями фотометра;

• стабільність складу розчину і властивостей аналіта в розчині.

Існує принцип незалежного поглинання, відповідно до якого якщо розчин містить кілька речовин, не взаємодіючих між собою, то поглинання кожного з них відбувається незалежно від інших. Отже, сумарне поглинання при даній довжині хвилі А_λ дорівнює сумі поглинань окремих компонентів при однаковій довжині хвилі:

Оптичний спектр включає ультрафіолетову (УФ), видиму й інфрачервону (ІЧ) області, а також області, що прилягають до них.