СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Булатов Андрей Васильевич д.х.н., доцент кафедры аналитической химии

Литература 1. Аналитическая химия. Ред. Москвин Л.Н. С-Пб.: Академия, Т Кристиан Г. Аналитическая химия. М.: БИНОМ, Т Мак-Махон Дж. Аналитические приборы. С-ПБ.: Профессия, Отто М. Современные методы аналитической химии. М.: Техносфера, Марченко З., Бальцежак М. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе. М.: БИНОМ, Беккер Ю. Спектроскопия. М.: Техносфера, Гришаева Т.И. Методы люминесцентного анализа. Спб: Профессионал, Булатов А.В., Шишов А.Ю., Фалькова М.Т., Вах К.С., Свиридова Н.В., Москвин Л.Н. Методические указания к практикуму «Спектрофотометрические и люминесцентные методы анализа». Спб: ВВМ, 2013

Область спектра Диапазон длин волн УФот 200 до 400 нм Видимаяот 400 до 750 нм ИКот 750 нм до 300 мкм

Спектр молекулы обусловлен: -электронными переходами; -колебаниями атомных ядер в молекуле; -вращательным движением самой молекулы; -межмолекулярными взаимодействиями. -Энергию молекулы (Ем): Е м = Е эл + Е кол + Е вр + Е мм Еэл – электронная энергия; Екол – колебательная энергия; Евр – вращательная энергия; Емм – энергия межмолекулярных взаимодействий

Вид энергии Величина, э ВОбласть спектра Электроннаяот 1 до 5 ультрафиолетовая и видимая Колебательнаяот до ИК Вращательнаяот ÷ ИК

Синглетное состояние молекулы Это состояние соответствует суммарному спину, равному нулю. Является наиболее устойчивым состоянием молекулы. В синглетном состоянии спины электронов, занимающих одну и ту же орбиталь, антипараллельны: Электронные переходы без изменения спина называют синглет-синглетными.

Триплетное состояние молекулы Это состояние, когда спины электрона параллельны: Суммарный спин при этом равен 1. Время жизни триплетного состояния сравнительно велико: от до 100 сек.

Диаграмма Яблонского (диаграмма энергетических уровней молекулы)

Классификация электронов в молекуле 1. Электроны заполненных оболочек, которые не участвуют в образовании связей; 2. Электроны одинарных ковалентных связей; 3. Электроны свободных электронных пар; 4. Электроны двойных и тройных связей

d-электронные хромофоры Хромофор

d-π-хромофоры диметилглиоксимат никеля

фенолфталеин π-электронные хромофоры

Метиловый оранжевый

Вещество Длина волны в максимуме, нм бензол 184 нафталин 220 антрацен 252 Сопряжение в молекуле

Ауксохром

Заместитель в молекуле бензола Λmax, нмΕmax Метил Хлор Гидроксил Цианид Карбоксил Амино

1-(2-пиридилазо)-2-нафтол (ПАН) Хромогенные реагенты 1. Азосоединения 1.1. N-гетероциклические азосоединения

4-(2-пиридилазо)-резорцин (ПАР) 1. Азосоединения 1.1. N-гетероциклические азосоединения

Арсеназо I 1. Азосоединения 1.2. Арсоновые азосоединения

Торон I 1. Азосоединения 1.2. Арсоновые азосоединения

Арсеназо III 1. Азосоединения 1.3. Арсоновые азосоединения

Пирокатехиновый фиолетовый 2. Трифенилметановые реагенты

Ксиленоловый оранжевый 2. Трифенилметановые реагенты

3. Дитизон (3-меркапто-1,5-дифенилформазан)

4. Диэтилдитиокарбамат натрия

5. 8-оксихинолин

Реакция Бертло

Реакция Грисса

12MoO HPO H + [PMo 12 O 40 ] H 2 O 12WO HPO H + [PW 12 O 40 ] H 2 O Реакции образования ГПК Стуктуры Кеггина и Доуссона [XM 12 O 40 ] n [X 2 M 18 O 62 ] n

ГПК структуры Кеггина

Восстановительλ, нм ε 10 4, л/(моль см) t, мин Хлорид олова (II)8001,810 Хлорид олова (II) + гидразин сульфат 7201,87 Аскорбиновая кислота 8802,12 Влияние природы восстановителя на свойства ВФМФК

Основной закон светопоглощения (Закон Бугера-Ламберта-Бера) Наблюдается ослабление интенсивности монохроматического света (I 0 ) при прохождении его через слой фотометрируемого раствора. Допущения закона БЛБ Ослабление потока света определяется количеством частиц на пути потока; При прохождении света через раствор молекулы не взаимодействуют друг с другом.

А – оптическая плотность фотометрируемого раствора; T – пропускание или коэффициент пропускания; I 0 – интенсивность светового потока до прохождения через слой фотометрируемого раствора; I – интенсивность светового потока после прохождения через слой фотометрируемого раствора; ε – молярный коэффициент светопоглощения (л/моль см); с – молярная концентрация анолита в фотометрируемом растворе (моль/л); l – толщина поглощающего слоя (см).

Молярный коэффициент поглощения зависит: от длины волны поглощаемого света; температуры раствора; природы растворенного вещества (аналитической формы); природы растворителя. Значения даже наиболее интенсивно окрашенных соединений, как правило, не превышают 10 5 л/моль см.

Основной закон светопоглощения (Закон Бугера-Ламберта-Бера) Наблюдается ослабление интенсивности монохроматического света (I 0 ) при прохождении его через слой фотометрируемого раствора. Допущения закона БЛБ Ослабление потока света определяется количеством частиц на пути потока; При прохождении света через раствор молекулы не взаимодействуют друг с другом.

Выбор фотометрического реагента 1.ε должен быть велик ( л/моль см) 2. Длина волны должна быть оптимальной. 3. Должны быть выбраны условия, обеспечивающие максимальную контрастность между реагентом и аналитической формой; 4. Нужно использовать предельное комплексообразование; 5. Выбрать оптимальное значение pH; 6. Должен соблюдаться закон светопоглощения; 7. Кинетическая устойчивость комплекса, полнота протекания фотометрической реакции; 8. Скорость образования аналитической формы

У=ax+b C min =3S ф /a Метод градуировочного графика

Метод добавок

Происходит «растягивание» шкалы прибора

Анализ смеси при известных значениях молярных коэффициентов погашения A 1 =ε 1 c 1 l + ε 2 c 2 l (измеряем при λ 1 ) A 1 =ε 1 c 1 l + ε 2 c 2 l (измеряем при λ 2 ) Решаем систему уравнений относительно с 1 и с 2

Фотометрическое титрование

Выбор спектральной области

8-хинолиназо-эпсилон

Выбор спектральной области

Метод молярных отношений Метод изомолярных серий А С(Zn 2+ )/С(реагента) Соотношение Zn:реагент = 1:2 47 А С(реагента)/[С(Zn 2+ )+С(реагента)]

Zn 2+

ОБЩАЯ СХЕМА СПЕКТРОФОТОМЕТРА

Миниатюризация

Оптические сенсоры первого поколения

Аналит Оптическая характеристика Область применения Ионы меди Поглощение в видимой области спектра Цветная металлургия Органические вещества Флуоресценция Контроль природных вод Галотан (анестетик) Поглощение в ближней ИК-области Медицина Области применения оптических сенсоров первого поколения

Исходный носитель Функциональные группы Реагент для модификации Возможно дальнейшее связывание с соединениями Целлюлоза Аминоэтил-Бромциан, этилендиамин сульфокислоты Стекло, силикагель Карбоксиэтил-Хлоруксусная кислота амины Аминопропил-Аминопропил- триэтоксисилан Карбоновые кислоты, альдегиды Полиакриламид Карбоксиэтил-Сильные щелочи и кислоты Амины и белки Иммобилизация поверхности оптрода

Характеристики оптронов второго поколения Аналит Реагент (носитель)Принцип измерений кислотность Конго красный (ацетилцеллюлоза) поглощение Ионы алюминия Морин(целлюлоза)флуоресценция Ионы калия Валиномицин, нильский голубой (ПВХ) поглощение Хлорид-ионы Флуоресцеин (коллоидное серебро) флуоресценция влажность Хлорид кобальта (желатин) поглощение альбумин Бромкрезоловый зеленый (целлофан) поглощение кислород Акрифлавин (силикагель)фосфоресценция

Правило Стокса-Ломмеля

Правило Левшина

Аналит РеагентДлина волны, нм Предел обнаружения, нг/л Мешающе е влияние возбуждения флуоресценции Al 3+ Морин ,03Be 2+, Fe 2+, Cu 2+, F - F-F- тушение комплекса Al 3+ с морином ,01Be 2+, Fe 2+, Cu 2+ B 4 O 7 2- Бензоин ,04Be 2+, Sb 3+, NH 3 Sn 4+ Флаванол ,1Zr 4+, F -, PO 4 3- Li + 8- оксихинолин ,2Mg 2+ Характеристики флюориметрических методик

Морин 8-оксихинолин

Эффект Шпольского