8.3. Люминесцентный анализ
Некоторые вещества обладают свойством люминесцировать, т. е. отдавать в виде излучения поглощенную ими энергию. По способу возбуждения свечения различают несколько типов люминесценции:
– фотолюминесценцию, вызываемую поглощением света; если при удалении источника возбуждения свечение прекращается, то это явление называется флуоресценцией, а явление, связанное с аккумулированием световой энергии и постепенным ее освобождением в виде излучения получило название фосфоресценции;
– люминесценцию, вызываемую ударами быстрых заряженных частиц или ионов (рентгено-, катодо-, радиолюминесценция);
– хемилюминесценцию – свечение, возбуждаемое за счет энергии, освобождающейся при химической реакции.
При анализе органических соединений наибольший интерес представляет фотолюминесценция и ее основной вид – флуоресценция.
Явление флуоресценции подчиняется ряду правил. Спектр флуоресценции смещен по сравнению со спектром поглощения в сторону больших длин волн. Это значит, что энергия излучаемого веществом света Еф всегда меньше энергии поглощенного света Еп, возбуждающего свечение (правило Стокса). Таким образом, вещества, поглощающие зеленый свет, не могут флуоресцировать синим или фиолетовым светом, а только желтым или красным; ультрафиолетовая радиация может вызвать флуоресценцию любого цвета.
При одинаковом цвете люминесценции веществ может наблюдаться различие в спектре, так как распределение энергии по длинам волн или частоты является характерным (при данных условиях измерения) для каждого вещества. Более того, было установлено, что спектр люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света, пока Еп > Еф. Поэтому в практической работе для возбуждения флуоресценции обычно пользуются широкими спектральными интервалами, выделяемыми из общего потока источника ультрафиолетового излучения специальными фильтрами.
Важной величиной для количественного анализа является энергетический выход флуоресценции:
ρ =
.
(8.5)
Он растет пропорционально длине волны возбуждающего света почти до области наложения спектров поглощения и люминесценции, а затем резко падает (правило Вавилова). Выход флуоресценции существенно зависит от условий измерения: концентрации, рН раствора и наличия посторонних веществ.
Тушение флуоресценции характерно для многих веществ при повышенных температурах. Это явление может быть вызвано молекулами флуоресцирующего вещества при взаимодействии с молекулами тушителя, к которым относятся соли галогенов, бисульфит и тиосульфат натрия, перманганат калия, аналин, фенол, резорцин, растворенный кислород и др. При этом эффект тушения зависит от вязкости раствора и наблюдается при достаточно высоких концентрациях тушителя (10–7 моль/л).
Выход флуоресценции очень зависит от рН среды. Общие закономерности этого не установлены. Изменение выхода флуоресценции у некоторых веществ, относящихся к группе флуоресцентных индикаторов, свечение может возникать лишь в определенных пределах рН.