Люминесцентный анализ методические рекомендации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Н.В. Степанова, Т.В. Сеношенко,

Н.А. Крамаренко, З.В. Татарникова

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ

по курсу «Аналитическая химия и физико-химические методы

анализа» для студентов специальностей 240701, 240702, 240901, 260204 и для специальности 080401 по курсу «Физико-химические

методы анализа» всех форм обучения

Бийск

Издательство Алтайского государственного технического университета

им. И.И. Ползунова

2010

УДК 543. 06(075.8)

Рецензент: к.т.н. К.С. Барабошкин ФНПЦ «Алтай»

Степанова, Н.В.

Люминесцентный анализ: методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсу «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов специальностей 240701, 240702, 240901, 260204 и для специальности 080401 по курсу «Физико-химические методы анализа» всех форм обучения / Н.В. Степанова, Т.В. Сеношенко, Н.А. Крамаренко, З.В. Татарникова; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – 20 с.

Методические рекомендации составлены для студентов специальностей «Химическая технология органических соединений азота» (240701), «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив (240702), «Биотехнология» (240901), «Технология бродильных производств и виноделие» (260204), «Товароведение и экспертиза товаров» (080401) в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (Москва, 2000 г.).

Настоящие методические рекомендации содержат основные сведения о люминесцентном методе анализа различных веществ.

Приводятся краткие теоретические положения люминесцентного метода анализа и рекомендации к выполнению двух лабораторных работ с помощью флуориметрического метода анализа.

Методические рекомендации содержат вопросы и задачи для контроля знаний студентов по рассматриваемой теме.

УДК 543. 06(075.8)

Рассмотрены и одобрены на заседании

кафедры общей химии и экспертизы товаров.

Протокол № 70-05/08 от 02.09.2008 г.

© Н.В. Степанова,
Т.В. Сеношенко,

Н.А. Крамаренко, З.В. Татарникова, 2010

© БТИ АлтГТУ, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1 Теоретическая часть……………………………………………………..4

1.1 Теоретические основы люминесцентного анализа……………4

1.2 Методы определения содержания веществ

в люминесцентном анализе………………………………………………..7

1.3 Флуориметрия……………………………………………………9

1.4 Аппаратура для люминесцентного анализа…………………..11

2 Экспериментальная часть……………………………………………...12

2.1 Определение содержания рибофлавина (витамин В2
) ………12

2.2 Флуориметрическое определение содержания

родамина 6Ж……………………………………………………………....16

3 Общие указания к лабораторным работам……………………………17

4 Контрольные вопросы для допуска к выполнению

лабораторных работ………………………………………………………18

5 Вопросы для защиты работ…………………………………………….18

Литература………………………………………………………………...19

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Теоретические основы люминесцентного анализа

Способность атомов и молекул поглощать энергию, поступающую к ним извне, вызывает новое энергетическое состояние вещества, кото­рое называется возбужденным. Избыточная энергия атомов или моле­кул, полученная при возбуждении, может быть израсходована на отрыв электронов - ионизацию вещества; на какие-либо фотохимические реакции; на нагрев вещества, т. е. переход избыточной энергии в теп­ловую. Кроме того, возбужденные атомы или молекулы способны отда­вать всю избыточную энергию или часть ее в виде света. Как правило, большинство твердых веществ при сильном нагревании светятся. Та­кое свечение раскаленных тел называют температурным или тепловым излучением. Чем больше энергии при данной температуре поглощает тело, тем оно больше ее излучает.

У некоторых веществ наблюдается свечение и без нагревания при комнатной температуре, которое называют холодным свечением
или лю­минесценцией.
В отличие от температурного люминесцентное излучение является неравновесным и продолжается относительно долгое время после прекращения действия внешнего возбуждающего фактора.

Таким образом, люминесценция –
свечение вещества после поглощения им энергии возбуждения:

M
∙
↔ M
+ hν
.

Переходя в более низкое энергетическое состояние, возбужденные частицы испускают квант света – люминесцируют
. Длительность послесвечения для различных люминесцирующих веществ различна: от миллиардных долей секунды (для отдельных атомов и молекул) до часов и даже нескольких суток (для кристаллофосфоров).

Явления люминесценции многообразны по свойствам и происхож­дению. Различные виды люминесценции определяются характером энергии возбуждения, продолжительностью свечения и химическими свойствами люминесцирующих веществ. В зависимости от вида люми­несценции рассматривают следующие разделы люминесцентного ана­лиза: 1) фотолюминесценция, или флуоресценция, основанная на свече­нии вещества при поглощении лучистой, или световой энергии;

2) катодолюминесценция, вызванная бомбардировкой быстролетящих элект­ронов; 3) хемилюминесценция - свечение веществ под действием

некоторых химических процессов; 4) триболюминесценция - люми­несценция трения и т. п.

Все люминесцирующие вещества имеют общее название люминофо­ры.

Неорганические люминофоры называют чаще всего просто люмино­форами, а органические - органолюминофорами. Органические и неорганические люминофоры существенно отличаются по природе све­чения. У первых процессы поглощения возбуждающего света и излу­чения протекают в пределах каждой способной люминесцировать мо­лекулы. У вторых, чаще всего активированных и имеющих кристалли­ческую структуру, в акте люминесценции участвуют не отдельные ато­мы и молекулы, а кристаллы. Эти люминофоры называют кристаллофосфорами.

Известно два механизма возникновения свечения: 1) свечение от­дельных центров, когда процесс возникновения люминесценции проте­кает лишь в одной частице (центр свечения), являющейся как поглоти­телем энергии, так и излучателем световых квантов, и 2) рекомбинационные процессы свечения, при которых, как правило, поглощение энергии осуществляется не теми частицами, которые излучают световые кванты.

По первому механизму осуществляется свечение большинства ор­ганических веществ в растворе, в том числе и внутрикомплексных сое­динений органических люминесцентных реагентов с катионами. Све­чение кристаллов с решетками молекулярного типа, например, нафта­лина, антрацена и их производных, определяется рекомбинационными процессами. Такое свечение наблюдается и у сульфида цинка, сульфида кадмия, оксида кальция и т. п., кристаллические решетки которых обладают некоторыми дефектами, вызванными внедрением примесей (или акти­ваторов) - ионов тяжелых металлов. В этом случае в возникновении флуоресценции принимает участие весь кристалл в целом, такой вид свечения называют свечением кристаллофосфоров.

В качественном люминесцентном
анализе по цвету свечения и особенно по спектрам люминесценции мож­но установить присутствие того или иного вещества в пробе. При со­поставлении спектров люминесценции пробы и индивидуальных ве­ществ, которые могут входить в состав пробы, основное внимание обращают на положение максимумов и ширину полос, наличие и ха­рактер их тонкой структуры. Установить присутствие вещества в пробе по цвету ее свечения или спектру люминесценции - задача не­простая. Сложность этой задачи обусловлена тем, что многие вещест­ва обладают одинаковым (с точки зрения восприятия человеческим глазом) свечением, а спектры их люминесценции состоят из широких, размытых полос.

В этом случае нельзя рассчитывать на успешную идентификацию веществ. Лишь немногие вещества обладают доста­точно четкими и характерными спектрами люминесценции, позво­ляющими надежно установить их присутствие в пробе. К ним отно­сятся соединения урана (VI), лантаноидов, бензопирены, порфирины и др.

При наличии в пробе нескольких люминофоров обычно проводят процедуру их разделения, используя чаще всего методы экстракции и хроматографии. Селективно возбуждая спектры люминесценции от­дельных компонентов, в некоторых случаях удается провести качест­венный анализ многокомпонентных проб, минуя процедуру предва­рительного разделения компонентов.

На основании изучения спектров люминесценции можно сделать некоторые выводы относительно химической структуры исследуемо­го вещества, а также проследить за изменением, претерпеваемым ве­ществом во времени. Для обнаружения веществ, не обладающих собственной люми­несценцией, используют реакции, приводящие к образованию люми­нофоров, - так называемые люминесцентные реакции. Иногда наличие искомого вещества в пробе удается установить по частичному или полному тушению люминесценции вспомогательного люминофора, введенного в пробу.

Количественный люминесцентный анализ
базируется на зависимости между интенсивностью люминесценции I
f
(отн. ед.) и со­держанием люминофора в пробе (с):

I
f
= k
.
c
, (1. 1)

где I
f
- интенсивность люминесценции;

с
- молярная концентрация, моль/л;

k
– коэффициент, зависящий от природы вещества.

Эта зависимость соблюдается лишь в том случае, если содержание опреде­ляемого компонента в пробе не превышает некоторого порогового значения:

10-4
…10-3
М (для жидких проб);

10-4
…10-3
% (для твердых проб).

Проведение количественного люминесцентного анализа ослож­няется тем, что интенсивность люминесценции зависит не только от содержания определяемого вещества в пробе, но и от ряда других факторов: тушения люминесценции, значения рН среды, массовой доли комплексонов и др. В связи с этим, следует строго соблюдать все рекомендации, касающиеся подготовки проб, а также условия возбуждения и регистрации спектров люминесценции.

Чаще всего для возбужде­ния люминесценции используют источники ультрафиолетового (УФ) излучения. Если же люминофор обладает интенсивным поглощением в видимой области спектра, то для возбуждения его люминесценции можно использовать лампу накаливания. В настоящее время для возбуждения люминес­ценции все чаще используют лазерное излучение.

Люминесцентный метод анализа, так же как и фотометрический метод, относятся к группе оптических методов анализа, и потому они имеют много общего. Однако по сравнению с фотометрией люминес­центный метод имеет существенные преимущества. Прежде всего, чувствительность люминесцентного метода гораздо выше чувстви­тельности фотометрического метода. Это связано с тем, что в люми­несцентном методе определяют абсолютную величину светового по­тока, испускаемого возбужденной молекулой, и, таким образом, от­ношение полезного сигнала к шуму очень велико. В противополож­ность фотометрическому методу (где измеряется величина отношения двух световых потоков) в люминесцентном методе величина фотото­ка, пропорциональная свету люминесценции, может быть многократ­но усилена электронным усилителем. Последнее обстоятельство по­зволяет определять количества вещества, на один-два порядка мень­шие, чем в фотометрическом методе анализа.

Второе преимущество заключается в относительно высокой се­лективности люминесцентного метода анализа, поскольку сравни­тельно небольшое число веществ способно люминесцировать.

1.2 Методы определения содержания веществ

в люминесцентном анализе

Определение содержания вещества в пробе люминесцентным ме­тодом основано на сравнении интенсивности люминесценции пробы и стандартных образцов. Последние должны отвечать ряду требова­ний:

- содержание определяемого вещества в стандартном образце должно быть точно известно;

- химический состав матрицы (основы) стандартного образца должен быть идентичен (или подобен в практически достижимой мере) мат­рице пробы;

- стандартный образец и проба должны обладать близкими физиче­скими свойствами.

В практике люминесцентного анализа используют как жидкие, так и твердые стандартные образцы. Жидкие стандартные образцы готовят растворением определяемого вещества в подходящем раство­рителе. При этом в раствор добавляют в необходимых количествах вещества, составляющие основу пробы. Применение люминесценции кристаллофосфоров для определения неорганических веществ связа­но с использованием твердых стандартных образцов. Как правило, процедура их приготовления трудоемка, требует тщательности и осо­бых мер предосторожности и обычно проводится на специальной ап­паратуре.

Для расчета содержания вещества в пробе по результатам люми­несцентных измерений чаще всего используют метод градуировочного графика, сравнения и добавок.

Метод градуировочного графика
. В этом методе измеряют интен­сивность люминесценции серии стандартных образцов (обычно не менее пяти), охватывающих весь диапазон ожидаемых содержаний определяемого вещества в пробе, и строят график зависимости интенсивности люминесценции от массовой доли определяемого вещества. В идеальном случае градуировочный график должен быть линейным и проходить через начало координат. На практике он оказывается линейным лишь в узком диапазоне со­держаний определяемого вещества и редко выходит из начала ко­ординат.

Метод добавок.
Наиболее простой способ приготовления стан­дартных образцов, соответствующих пробе по составу матрицы, за­ключается в использовании метода добавок. Его целесообразно ис­пользовать в тех случаях, когда состав матрицы пробы неизвестен или меняется от пробы к пробе.

Сущность метода заключается в следующем. Берут три одинако­вых образца пробы. Ко второму и третьему образцам добавляют точное количество определяемого вещества. Размеры добавок подби­раются с таким расчетом, чтобы содержание определяемого вещества во всех трех образцах пробы после указанной процедуры отвечало соотношению

сх : (сх +Dc1
): (сх +Dс2
) = 1:2:3,

где Dc1
и Dс2
- измене­ние содержания определяемого вещества, вызванное процедурой до­бавки.

После измерения интенсивности люминесценции всех трех об­разцов строят график в координатах «I
-Dc». Содержание определяемо­го вещества в пробе сх находят путем экстраполяции графика на значение I
=0.

1.3 Флуориметрия

В аналитической практике наиболее широкое применение получила фотолюминесценция, а именно флуоресценция. Флуоресценция
- это характерное свечение анализируемых растворов и кристаллофоров в ультрафиолетовом свете.

Флуориметрия
- метод определения содержания люминофора в растворе, основанный на измерении спектра его флуоресценции. В основе этого метода лежат следующие закономерности.

Независимость спектра люминесценции от длины волны возбуждающего света
. Это объясняется тем, что возбужденные молекулы, поглотившие кванты различной величины, попадают на уровни разных возбужденных электронно-колебательных состояний. После такого перераспределения избыточной энергии происходит излучательный переход с одних и тех же электронных уровней, поэтому спектр люминесценции не изменяется.

Закон Стокса–Ломмеля.
Стоксом было сформулировано правило, согласно которому спектр флуоресценции вещества всегда имеет большую длину волны, чем спектр поглощения. Ломмель уточнил правило Стокса, предложив для него следующую формулировку: «Спектр излучения в целом и его максимум всегда сдвинуты по сравнению со спектром поглощения и его максимумом в сторону длинных волн». Закон Стокса-Ломмеля строго выполняется для широкого круга флуоресцирующих веществ.

Правило зеркальной симметрии спектров поглощения и излучения.
Это правило характеризует взаимное расположение спектров поглощения и излучения веществ, обладающих люминесценцией, и может быть сформулировано следующим образом: «Нормированные (приведенные к одному максимуму) спектры поглощения и излучения, изображенные в функции частот, зеркально симметричны относительно прямой, проходящей перпендикулярно к оси частот через точку пересечения обоих спектров» (рисунок 1). Это правило весьма полезно при выполнении люминесцентного анализа, а также при расшифровке спектров и установлении энергетических уровней исследуемых молекул.

У веществ, подчиняющихся правилу зеркальной симметрии, можно по одному из спектров (поглощения или люминесценции) без их измерений установить форму другого спектра и выбрать подходящие для данного вида анализа светофильтры.

Рисунок 1 - Зеркальная симметрия спектров поглощения ε = f
(v
)

(кривая 1) и флуо­ресценции I
/v
= f
(v
) (кривая 2) родамина 6Ж в ацетоне

Вещества-люминофоры определяют по их собственной флуоресценции. Если определяемые вещества не являются люминофорами, то для их опреде­ления используют люминесцентные реакции. Последние должны со­провождаться возникновением или ослаблением флуоресценции рас­твора. Как и каждая реакция, применяемая в анализе, люминесцент­ная реакция должна протекать быстро, количественно, быть воспро­изводимой и по возможности избирательной. При флуориметрическом определении ионов металлов чаще всего используют реакции комплексообразования с органическими реаген­тами. В идеальном случае применяемые для анализа реагенты не должны флуоресцировать, а образующиеся комплексы, напротив, должны обладать интенсивной флуоресценцией. Молекулы таких реагентов обычно имеют неплоскую и нежесткую ароматическую структуру и содержат электронодонорные заместители. В результа­те комплексообра­зования они приоб­ретают плоскую жесткую конфигу­рацию, склонную к флуоресценции.

Для определения анионов часто используют косвенный флуориметрический метод, основанный на тушении люминесценции. Приме­ром такого метода может служить определение иодид-ионов по ту­шению флуоресценции флуоресцеина.

На чувствительность флуориметрических определений сущест­венное влияние оказывает присутствие посторонних веществ. Посто­ронние вещества могут снижать выход люминесценции либо умень­шать интенсивность свечения люминофора за счет эффекта внутрен­него фильтра, понижая тем самым чувствите

льность определений. Для достижения максимальной чувствительности определения из двух реагентов выбирают тот, который приводит к образованию лю­минофора, характеризующегося минимальным перекрыванием спек­тров поглощения и излучения.

Пре­делы обнаружения веществ флуориметрическим методом составляют от 10-8
до 10-4
%.

1.4 Аппаратура для люминесцентного анализа

При проведении люминесцентного анализа необходимо измерять всевозможные спектрально-люминесцентные характеристики люми­нофора: интенсивность люминесценции, спектр возбуждения, спек­тры люминесценции и др. С этой целью используют различные лю­минесцентные приборы. Каждый такой прибор включает в себя шесть основных узлов:

– источник возбуждающего света;

– селектор частоты возбуждающего света и частоты люминесценции;

– кюветное отделение, предназначенное для размещения кюветы с из­меряемым образцом (стандартным образцом или пробой);

– фотоприемник люминесценции (фотоэлемент, фотоумножитель, фо­тодиод);

– усилитель сигнала;

– миллиамперметр.

Приборы, предназначенные для измерения флуоресценции, мож­но разделить на три категории: – флуориметры, флуоресцентные при­ставки к спектрофотометрам и спектрофлуориметры. Схема простейшего флуориметра приведена на рисунке 2.

Во флуориметрах селекция частот возбуждающего света и света флуоресценции осуществляется с помощью светофильтров. Флуориметры применяют для проведения серийных анализов, где снижение селективности не является большим недостатком, а высокая чувствительность, напротив, представляет собой важное досто­инство.

1 − источник УФ излучения; 2 − первичный светофильтр;

3 − кювета с образцом; 4 − вторичный светофильтр;

5 − фотоприемник; 6 - усили­тель; 7 − миллиамперметр

Рисунок 2 - Схема простейшего флуори­метра

При измерении флуоресценции с помощью флуориметров суще­ственное значение имеет правильный выбор светофильтров, необхо­димых для разделения света, возбуждающего флуоресценцию (пер­вичный светофильтр), и света флуоресценции (вторичный свето­фильтр). Первичный светофильтр должен пропускать свет в области поглощения определяемого вещества и не должен пропускать свет в области, отвечающей флуоресценции вещества. Вторичный свето­фильтр должен пропускать флуоресценцию, но возбуждающий свет должен им полностью поглощаться. Источниками возбуждающего света во флуориметрах обычно служат ртутные лампы низкого давления. С целью получения практи­чески сплошного спектра излучения внутренние стенки этих ламп часто покрывают люминофором.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение содержания рибофлавина (витамина В2
)

(6 часов)

Цель работы:
освоение методов количественного люминесцентного анализа, приобретение навыков работы на флуориметре «Квант», определение витамина В2
методом прямой флуориметрии.

2.1.1 Краткая характеристика метода

Метод основан на сравнение интенсивности флуоресценции стандартного и анализируемого растворов витамина В1
при облучении светом ультрафиолетового диапазона. Содержание витамина В1
определяют, не прибегая к построению градуировочного графика лишь по одной точке, стандартный раствор при этом готовят с содержанием рибофлавина, близким к определяемому содержанию и не превышающим 1.
10-5
моль/дм3
.

2.1.2 Необходимые реактивы

1. Рабочий стандартный раствор.

2. Анализируемый раствор.

Для приготовления рабочего стандартного раствора
, содержащего 0,04 мг/см3
рибофлавина, взвешивают 0,0400 г рибофлавина в стаканчике или в фарфоровой чашке (навеску пересчитывают на чистую субстанцию). Затем навеску растворяют в горячей воде и переносят в мерную колбу объемом 1 дм3
на водяной бане. После охлаждения объем доводят до метки дистиллированной водой. Раствор годен в течение 1 месяца при условии его хранения в бутылке из темного стекла в холодильнике при температуре от 5 до 10 0
С. В день проведения испытаний часть основного раствора переносят в стаканчик и выдерживают в темном месте до приобретения комнатной температуры, затем отбирают пипеткой 10 см3
раствора в мерную колбу объемом 100 см3
и доводят объем раствора до метки (1 см3
раствора содержит 0,0004 мг/см3
рибофлавина). Раствор годен только в день приготовления, а между измерениями хранится в темном месте.

В качестве анализируемого раствора
используют или готовый раствор рибофлавина, или его готовят следующим образом: навеску растертых в ступке драже массой около 1 г взвешивают с точностью до 0,0002 г, растворяют в горячей дистиллированной воде при подогревании на водяной бане и количественно переносят в мерную колбу объемом 500 см3
. Затем раствор охлаждают, доводят объем до метки и фильтруют через обычную фильтровальную бумагу (первые 10 см3
отбрасывают). Из полученного раствора готовят раствор второго разведения. Для этого отбирают 10 см3
раствора в мерную колбу на 100 см3
и доводят до метки дистиллированной водой. Расчетное содержание рибофлавина в растворе около 0,4 мкг/см3
или 0,0004 мг/см3
. Между замерами раствор хранится в темном месте.

2.1.3 Выполнение работы на приборе «Квант»

Определение содержания рибофлавина проводят на приборе «Квант», внешний вид которого представлен на рисунке 3.

1 - включение прибора в сеть; 2 - чувствительность; 3 - измерение;

4 - переключа­тель установка 100 % грубо; 5 - установка 0 %;

6 - установка 100 % точно; 7 - отсчетный лимб;

8 - шкала отсчетного лимба; 9 - первичный фильтр; 10 - вторич­ный

светофильтр; 11 - кюветное от­деление; 12 - установка нуля;

13 - установка чувствительности; 14 - миллиамперметр

Рисунок 3 - Внешний вид флуориметра «Квант»

Для проведения измерений на флуориметре «Квант» необходимо соблюдать следующий порядок.

1. Включить прибор в сеть переменного тока с напряжением 220 В и нажать кнопку 1 «сеть», при этом загорается индикаторная лампочка.

2. Дать прибору прогреться не менее 60 мин.

3. По спектрам поглощения и флуоресценции (экспериментальные или литературные данные) выбрать необходимые первичный и вторичный светофильтры. При установке светофильтра необходимо следить, чтобы зеркальная поверхность первичного светофильтра была обращена к источнику света, а вторичного - к кювете.

При определении рибофлавина
первый светофильтр синий (длина волны 440 нм), а второй светофильтр – зеленый (длина волны 520 нм).

4. Установить электрический нуль прибора, проделав следующие операции:

– перевести в левое положение ручку «0 %» до упора;

– вращением ручки «установка нуля» установить стрелку индикатора миллиамперметра на нуль.

5. Определить фон «холостого опыта» или растворителя и провести его компенсацию:

– установить в прибор кювету с растворителем («холостая проба»);

– нажать кнопку «Измерение» и вращением ручки отсчетного лимба установить стрелку индикатора на нуль (показания лимба будут соответствовать величине фона растворителя («холостого опыта»));

– установить на нуль шкалу отсчетного лимба «%», нажать кнопку «Измерение» и вращением ручки «установка 0 %» вывести стрелку индикатора на нуль. Фон растворителя будет скомпенсирован, и при дальнейших измерениях его можно не учитывать.

Внимание! При определении содержания рибофлавина «холостой пробой» является дистиллированная вода.

6. Заполнить кювету стандартным раствором. Нажать кнопку «Чувствительность» и вращением ручки «Установка чувствительности» добиться отклонения стрелки индикатора до деления 20 слева от 0. При этом надо следить, чтобы был выставлен 0 % на отсчетном лимбе и ручка «0 %» находилась в левом положении.

7. Не вынимая кювету с эталонным раствором, установить шкалу отсчетного лимба на деление 50 %. Нажать кнопку 1 переключателя «грубо», кнопку «Измерение» и вращением ручки «установка 100 % точно» установить стрелку индикатора на нуль. Если стрелка на нуль не устанавливается, включить кнопку 2 или 3 на переключателе «грубо», а затем нажать кнопку «Измерение» и ручкой «установка 100 % точно» добиться установки стрелки индикатора на нуль.

8. Определить интенсивность флуоресценции анализируемого раствора:

– установить в прибор кювету с анализируемым раствором;

– нажать на клавишу «Измерение» и вращением отсчетного лимба установить стрелку индикатора на нуль. Показания лимба будут соответствовать интенсивности светового потока флуоресценции исследуемого раствора в процентах.

2.1.4 Обработка результатов анализа

Содержание рибофлавина в одном драже (С) в граммах вычисляют по формуле

С
=, г (2. 1)

где А
- показания флуориметра при замере испытуемого раствора;

В
– показания флуориметра при замере стандартного образца;

А
1
и В
1
- показания флуориметра после гашения флуоресценции гидросульфитом натрия в растворах ( из опытных данных равно 1).

V
1
– объем испытуемого раствора, взятый для разведения (10 см3
);

V
2
– окончательный объем разведения (100 см3
);

500 – первичный объем раствора, см3
;

а
– масса навески, взятая для испытания, г;

б
– средняя масса одного драже, г;

1000 – коэффициент пересчета в граммы.

Содержание рибофлавина в готовом растворе (С
, мг/см3
) вычисляют по формуле

С
=, (2. 2)

где Сст
– содержание рибофлавина в стандартном растворе, мг/см3
.

2.2 Флуориметрическое определение содержания

родамина 6Ж (6 часов)

Цель работы:
определить содержание родамина 6Ж в исследуемом растворе с помощью метода калибровочного графика.

2.2.1 Краткая характеристика метода

Родаминовые красители (родамины) относятся к группе полярных ксантеновых красителей. Они обладают яркой флуоресценцией в жидких растворах (вода, спирт), что объясняется наличием у родаминов кислородных мостиков, придающих их молекулам необходимую «жесткость», а следовательно, и способность к флуоресценции. Родамины интенсивно поглощают в видимой и менее интенсивно в ультрафиолетовой части спектра. Поэтому для возбуждения их флуоресценции можно применять как видимый, так и ультрафиолетовый свет.

Эти соединения характеризуются молекулярным типом свечения, спектры поглощения и флуоресценции зеркально симметричны.

2.2.2 Необходимые реактивы

Стандартные растворы родамина 6Ж, содержащие 1,0 ,
10-5
; 1,0 .
10-6
и 1,0 ,
10-7
г/см3
родамина 6Ж.

2.2.3 Выполнение работы

Согласно правилу зеркальной симметрии (см. рисунок 2) флюоресценцию родамина 6Ж необходимо измерять при длине волны возбуждения 520 нм и длине волны флюоресценции 580 нм.

В зависимости от концентрации исследуемого раствора готовят одну из серий эталонных растворов родамина 6Ж:

первая серия (мкг): 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0;

вторая серия (мкг): 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0.

Для этого в ряд мерных колб вместимостью 25 см3
вводят соответствующие объемы стандартных растворов родамина 6Ж (1,0 ,
10-6
или 1,0 ,
10-7
г/см3
) и разбавляют дистиллированной водой до метки.

В кювету флуориметра «Квант» наливают 10 см3
стандартного раствора родамина 6Ж и измеряют флуоресценцию. Затем стандартный раствор выливают, кювету ополаскивают несколько раз дистиллированной водой и 2–3 раза анализируемым раствором, заполняют кювету анализируемым раствором и измеряют флюоресценцию. Измерение интенсивности флуоресценции проводится по отношению к воде.

По полученным данным строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс содержание С родамина (мкг), по оси ординат – интенсивность флуоресценции I
f
.

Исследуемый раствор (контрольная задача) разбавляют водой до метки в мерной колбе вместимостью 25 см3
, перемешивают и измеряют интенсивность флуоресценции. Содержание родамина в исследуемом растворе определяют по градуировочному графику.

3 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

При выполнении лабораторных работ необходимо следовать пе­речисленным ниже рекомендациям.

1. Прочитать все разделы методического указания, касающиеся выполняемой работы.

2. Познакомиться с описанием приборов и порядком работы на них. Включать приборы следует непосредственно перед проведением из­мерений.

3. Стандартные и анализируемые растворы следует готовить одно­временно в строгом соответствии с методикой, а посуда для их при­готовления и кюветы должны быть тщательно вымыты.

4. Кюветы перед заполнением необходимо два раза ополоснуть не­большим количеством измеряемого (стандартного или анализируемо­го) раствора и перед установкой в кюветное отделение тщательно осушить фильтровальной бумагой их внешние стенки. Заполняют кювету измеряемым раствором до такого уровня, чтобы поток возбу­ждающего света проходил полностью через слой раствора.

5. Чтобы не загрязнять рабочие поверхности светофильтров и кювет, их следует брать только за кромки или углы. Загрязненные свето­фильтры аккуратно протирают чистой фланелью, а кюветы - фильт­ровальной бумагой.

6. По окончании работы необходимо отключить все приборы, вы­мыть кюветы дистиллированной водой и сдать их лаборанту. Привес­ти рабочее место в порядок.

7. Записи в лабораторном журнале рекомендуется делать в следую­щем порядке: а) название выполняемой лабораторной работы;

б) формулы люминесцирующих соединений и краткая методика их анализа; в) условия проведения измерений; г) результаты измерений в виде таблиц и графиков; д) обработка результатов измерений и оценка определяемых величин.

4 КОНТОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Устройство прибора «Квант» и принцип его работы.

2. Методика проведения лабораторной работы.

3. Порядок приготовления стандартных и анализируемых растворов, используемых в работе.

4.Техника безопасности при проведении лабораторной работы.

5. Порядок представления результатов анализа.

5 ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТ

1. Какова природа люминесцентного излучения?

2. Каким образом классифицируют методы люминесцентного анализа?

3. На чем основан качественный люминесцентный анализ?

4. От чего зависит интенсивность люминесценции? Как она связана с концентрацией?

5. Каковы достоинства и недостатки люминесцентного анализа?

6. Какие методы используют для определения концентрации вещества в люминесцентном методе анализа?

7. На чем основан флуориметрический метод анализа?

8. Какие вещества можно анализировать с помощью флуориметрического метода анализа?

9. С чем связана необходимость применения в флуориметрии двух светофильтров?

10. Почему для измерения флуориметрии используют только разбавленные растворы с концентрацией не более 10-3
…10-4
моль/дм3
.

11. На чем основан закон Стокса–Ломмеля?

12. Для чего используется правило зеркальной симметрии спектров поглощения и излучения?

13. Приведите схему простейшего флуориметра.

14. На чем основан метод определения содержания витамина В2
?

15. На чем основан метод определения содержания родамина 6Ж?

ЛИТЕРАТУРА

1. Крешков, А.П. Основы аналитической химии / А.П. Крешков. - М.: Химия, 1976. - Т.2. - 480 с.

2. Алексеев, В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев. - М.: Химия, 1972. - 504 с.

3. Пономарев, В.Д. Аналитическая химия / В.Д. Пономарев. - М.: Высшая школа, 1982. - 304 с.

4. Скуг, Д.А. Основы аналитической химии / Д.А. Скуг, Д.М. Уэст. - М.: Мир, 1979. - 480 с.

6. Основы аналитической химии / под ред. Ю.А. Золотова. - Кн. 1-2. - М.: Химия, 1999.

7. Лебухов, В.И. Физико-химические свойства и методы потребительских товаров / В.И. Лебухов, А.И. Окара, Л.П. Павлюченкова. – Хабаровск: Хабаровская ГАЭиП, 1999. – 252 с.

8. Аналитическая химия. Кн. 2. Физико-химические методы анализа. – М.: Дрофа, 2001. – 340 с.

9. Васильев, В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа / В.П. Васильев. – М.: Высш. шк., 1979. – 184 с.

10. Практическое руководство по физико-химическим методам анализа / под редакцией И.П. Алимарина, В.М. Иванова. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. – 208 с.

Учебное издание

Степанова
Наталья Владимировна

Сеношенко
Тамара Владимировна

Крамаренко
Нина Алексеевна

Татарникова
Зоя Васильевна

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ

по курсу «Аналитическая химия и физико-химические методы

анализа» для студентов специальностей 240701, 240702, 240901, 260204 и для специальности 080401 по курсу «Физико-химические

методы анализа» всех форм обучения

Редактор Идт Л.И.

Технический редактор Сазонова В.П.

Подписано в печать 19.02.2010. Формат 60´84 1/16

Усл. п. л. - 1,16. Уч.-изд. л. - 1,25

Печать - ризография, множительно-копировальный

аппарат «RISO EZ300»

Тираж 30 экз. Заказ 2010-29

Издательство Алтайского государственного

технического университета

656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46

Оригинал-макет подготовлен ИИО БТИ АлтГТУ

Отпечатано в ИИО БТИ АлтГТУ

659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 27