Лабораторная работа. Зависимость люминесценции от среды раствора.

Цель работы.

Определить зависимость люминесценции от среды раствора.

Пояснения к работе.

Все вещества при сильном нагревании начинают светиться. Свечение нагретых веществ называют тепловым равновесным излучением. Однако некоторые вещества светятся без нагревания - при комнатной температуре. Такое излучение называют люминесценцией. В отличие от теплового свечения люминесценция является неравновесным излучением.

Люминесцирующие вещества могут находиться в любом агрегатном состоянии.

В возбужденное состояние частицы люминесцирующего вещества могут переходить под действием света и тогда люминесценцию называют флуоресценцией.

Люминесценция - свечение вещества после поглощения им энергии возбуждения:

М* → М + hυ

Переходя в более низкое энергетическое состояние, возбужденные частицы испускают квант света - люминесцируют. От излучения нагретых тел люминесценция отличается неравновесностью, т.к. не включает практически тепловую энергию. Это избыточное над тепловым излучение часто называют холодным светом. Из всех типов свечения для аналитических целей используется главным образом явление флуоресценции, вызываемое лучистой энергией. В зависимости от характера процессов, происходящих во флуоресцирующем веществе, различают два вида свечения:

1. свечение дискретными центрами, возникающее тогда, когда поглощают и излучают лучистую энергию одни и те же молекулы (так флуоресцируют жидкости и пары).

2. рекомбинационное свечение, возникающее в том случае, когда в преобразовании энергии принимает участие все флуоресцирующее вещество (такое свечение возникает у кристаллов).

В физико-химических методах анализа используют главным образом дискретное свечение растворов.

Качественный люминесцентный анализ основан на возникновении или исчезновении люминесцентного излучения, т.е. использует сам факт люминесценции исследуемого вещества.

Выходом флуоресценции (р) называется отношение излучаемой энергии (U') к энергии поглощаемой.

p → U' / U

Величина выхода флуоресценции зависит от ряда факторов: длины волны возбуждающего света, концентрации флуоресцирующего вещества, температуры, присутствия других веществ в растворе.

Зависимость выхода флуоресценции от длины волны возбуждающего света подчиняется закону Вавилова.

При переходе от коротких волн к длинным, выход флуоресценции до известного предела увеличивается пропорционально длине волны. Начиная с определенной длины волны, выход достигает своего максимума и становится независимым от длины волны возбуждающего света, а затем быстро уменьшается.

Положение спадающей ветви этой кривой зависит от природы флуоресцирующего раствора.

Повышение температуры выше определенного предела приводит к температурному гашению флуоресценции.

Из многочисленных типов люминесценции наибольшее значение имеет флуоресценция, которая характеризуется 4 основными свойствами:

1) Спектром поглощения и флуоресценции.

2) Выходом флуоресценции.

3) Длительностью флуоресценции.

4) Поляризацией флуоресцентного излучения.

Спектральные характеристики, позволяющие отличать одно флуоресцирующее вещество от другого, используются для качественного флуоресцентного анализа. Максимуму спектра соответствует цвет флуоресцирующего излучения.

Качественное определение природы флуоресцирующего вещества в простейшем случае может быть проведено по цвету флуоресцирующего излучения. Например, некоторые алкалоиды флуоресцируют характерным для них цветом: кокаин - светло-синим, кодеин - слабо-желтым, никотин - темно-фиолетовым.

Для количественного анализа особый интерес представляет зависимость интенсивности флуоресценции от концентрации флуоресцирующего вещества. Характерная кривая зависимости интенсивности флуоресценции от концентрации. В области малых концентраций между интенсивностью флуоресценции и концентрацией существует прямая пропорциональность. Именно эта область используется для количественного анализа. Таким образом, флуоресцентный метод применим для определения незначительных количеств веществ в растворах. С повышением концентрации интенсивность флуоресценции становится почти постоянной, а затем резко падает.

Интенсивность флуоресценции сильно зависит от температуры. Повышение температуры приводит к уменьшению интенсивности флуоресценции. Это явление называется температурным гашением флуоресценции. Флуоресцентный метод анализа следует проводить при невысоких температурах.

Интенсивность флуоресценции и её окраска зависят также от рН раствора. Общей закономерности для этой зависимости привести нельзя. Для некоторых веществ с увеличением рН выход флуоресценции падает. Для других - повышается. Для флуоресцентных индикаторов флуоресценция возникает только в определенном интервале значений рН.

Явление люминесценции было известно очень давно. Его описывали в своих работах Ньютон, Бойль, Петров, Борисов, Чугаев и др. Однако использование этого явления для целей анализа началось лишь в начале XX века, со времени открытия квантовых чисел.

Задание.

1. Изучить теоретический материал по данной теме.

2. Подготовить ответы на вопросы.

3. Сделать выводы по проделанной работе.