Прилади

Для вивчення люмінесценції широко застосовують методи спектрофотометрії. На цих методах засновуються не тільки вимірювання спектрів люмінесценції, а й визначення виходу люмінесценції. Для дослідження люмінесценції велике значення має вимірювання релаксаційних характеристик, наприклад, загасання люмінесценції. Для вимірювання короткого часу загасання (10^-8 – 10^-9 с), застосовують флуориметри, а також різноманітні імпульсні методи. Вивчення релаксації більш тривалої люмінесценції, наприклад, люмінесценції кристалофосфорів, проводиться за допомогою фосфороскопів і тауметрів.

Для того, щоб спектри збудження і спектри світіння не накладалися один на одного, спостереження проводять під кутом 90°. Найпростіша схема спостереження аналогічна нефелометрії (рис. 6).

1 – джерело випромінювання; 2 – первинний світлофільтр; 3 – кювета; 4 – реєстратор.

С хема флуориметра представлена на Рис.7. Світло від джерела випромінювання (ртутно-кварцева лампа) 1 проходить через первинний світлофільтр (увіолеве скло) 2 і падає на кювету 3 з досліджуваним розчином. Приймач світла 5 вимірює люмінесцентне випромінювання під прямим кутом до напряму збуджуючого світла. Вторинний світлофільтр 4 пропускає світло люмінесценції та поглинає розсіяне світло від джерела збудження.

1 – ртутно-кварцева лампа; 2 – первинний світлофільтр; 3 – кювета; 4 – вторинний світлофільтр; 5 – діафрагма; 6 – фотоелемент; 7 – посилювач; 8 – гальванометр.

На практиці люмінесцентного аналізу досліджувану речовину освітлюють жорсткими УФ променями (200 нм). Найбільше розповсюдження серед різноманітних джерел випромінювання, які викликають люмінесценцію, отримали газоразрядні лампи, а саме ртутно-кварцеві і ксенонові. Реєстратором люмінесцентного випромінювання може бути око людини. В сучасних пристроях для кількісного аналізу в якості приймача випромінювання використовують фотопомножувачі.

Переваги та недоліки методу

Переваги:

– можливість визначення майже всіх елементів, багатьох органічних, біологічно активних та інших речовин (як твердих, так і рідких), а також вивчення сумішей та визначення мікродомішок;

– різноманітні галузі застосування аналізу (ядерна фізика, рентгеноскопія, фармакологія, вітамінологія, біохімія, криміналістика, сільське господарство, харчова промисловість та ін.); також люмінесценцію використовують для створення люмінесцентних фарб, люмінесцентних джерел випромінювання з високим ККД, для кінозйомки, дефектоскопії та електронних приладів; люмінесценція деяких речовин лежить в основі роботи лазерів;

– можливість визначення 10^-4 мг/л речовини.

Недоліком методу є те, що через явища гасіння люмінесценції обмежений концентраційний діапазон визначення.

Рефрактометрія

Рефрактометричний метод аналізу ґрунтується на вимірюванні кута заломлення світлового променя при переході його з одного середовища в інше, наприклад з води у скло. Таке явище супроводжується зміною напрямку світлового пучка, яке оцінюють за величиною показника заломлення, що являє собою відношення синуса кута падіння α до синуса кута заломлення β: n=sinα/sinβ.

Показник заломлення залежить від природи і густини речовини, її концентрації, температури (при підвищенні температури показник заломлення зменшується, так як при цьому зменшується густина речовини) та довжини хвилі падаючого світла. За сталих умов цей показник прямо пропорційний концентрації речовини. Кожна індивідуальна речовина характеризується визначеним значенням показника заломлення.

Мал.1 Заломлення світлового променя і принцип дії рефрактометра:

а-заломлення променя; б-граничний кут заломлення; в-схема вимірювання показника заломлення.

1-шкала; 2-компенсатор; 3-призмовий блок.

Прилади, за допомогою яких визначають показник заломлення, називається рефрактометром. В лабораторній практиці і в аптеках користуються рефрактометрами різних систем: РЛ-2, універсальний-РЛУ, дисперсійний універсальний-РДУ, рефрактометр ИРФ-22, ИРФ-23, ИРФ-54 та інші. Рефрактометри різних марок розрізняються зовнішнім оформленням, різним положенням призм, межею вимірювань, але принцип роботи у них однаковий; він заснований на вимірюванні граничного кута заломлення.

При падінні світлового променя з середовища з показником заломлення n₁ в середовище з показником заломлення n₂ згідно закону заломлення між кутом падіння α и кутом заломлення β є залежність:

n₁ sinβ= n₂ sinα.

Якщо збільшувати кут падіння світла, то у певний момент кут заломлення буде рівнятися 90^о. Тоді промінь світла не буде потрапляти на друге середовище, а буде ковзати по поверхні розділу двох середовищ. При послідуючому збільшенні кута падіння заломлення зникає и промінь повністю відражається. Це явище має назву повне внутрішнє відображення.

Кут заломлення 90^о називають граничним кутом заломлення (мал.1, б), а кут падіння при досягненні межового кута заломлення має назву граничний кут падіння. Він позначається φ.

Якщо був досягнут граничний кут заломлення (β=90^о), то sinβ=1. Кут α буде граничним кутом падіння φ.

Отже: n_1·1= n₂ sin φ.

Для того щоб визначити показник заломлення досліджуваної речовини, потрібно знати показник заломлення одного з середовищ і виміряти величину граничного кута φ. Цей принцип і використовується у рефрактометрах.

Рефрактометр ИРФ-54 (мал..2) застосовується в різних промислових та наукових лабораторіях. Модель А цього рефрактометра призначена для вимірювання показника заломлення в межах від 1,2 до 2,0; модель Б-від 1,2 до 1,7.

Мал.2. Рефрактометр ИРФ-54.

1,3-маховики; 2-заглушка; 3-термометр.

Основною частиною приладу є призми-вимірювальна та освітлювальна. Призми прижаті один до одного гіпотенузними межами. Освітлювальна призма має матову межу, а вимірювальна-поліровану. При визначені показника заломлення визначаємо рідини її поміщають між двома гіпотенузними гранями. Промені світла проходять освітлювальну призму, входять в досліджуваний розчин і падають на поліровану грань вимірювальної призми. Показник заломлення вимірювальної призми відомий. Так як на рефрактометрі досліджуються речовини, показник заломлення яких менше показника заломлення вимірювальної призми, то промені всіх направлень, переломившись на межі рідини і світла, ввійдуть в вимірювальну призму. В окулярі через вихідну межу вимірювальної призми спостерігають заломлення або відображення світла, при цьому верхня частина поля зору освітлена, а нижня залишається темною.

Величину граничного кута φ визначають по межі світла і тіні, поєднуючи її з точкою перетину ліній. По шкалі відраховують показник заломлення даного розчину.

Застосування рефрактометрії:

- для визначення якості виготовлених розчинів і строку зберігання концентрованих розчинів;

- кількісне визначення компонентів в дву- і багатокомпонентних сумішах.

Рефрактометричний метод використовується для кількісного визначення білка в крові, концентрації водних та неводних розчинів органічних і мінеральних кислот і солей, етилового спирту, гліцерину та інш. Його широко використовують в аптеках, аналітичних лабораторіях для кількісного визначення лікарських речовин, а також їх сумішей в якості одного з найбільш зручних експрес-методів аналізу.

Застосування рефрактометрів

1 У медичних установах для визначення білка в сечі, сироватці крові, щільність сечі, аналіз мозкової і суглобної рідини, щільності субретинальной і інших рідин ока ( прилад значно скорочує час одержання аналізів по процентному вмісті білка в сироватці крові, , при використанні таблиць Рейса, і не вимагає ніяких хімічних реактивів для пробопідготовки. Використання цих приладів дозволяє значно скоротити витрати часу при масових обстеженнях пацієнтів.

2. У фармацевтичній апромисловості може застосовуватися для дослідження водяних розчинів різних лікарських препаратів:

- кальцію хлориду (10% і 20%);

- новокаїну (0,5%, 1%, 2%, 10%, 20%, 40%);

- ефедрину (5% ); глюкози (5%, 25%, 40%);

- магнію сульфату (25%);

- натрію хлориду (10%);

- кордіаміну і т.д.

3. У харчовій промисловості:

- на цукрових і хлібних заводах, кондитерських фабриках для аналізу продуктів і сировини, напівфабрикатів, кулінарних і борошняних виробів

- визначає вологість меду ( до 20 %)

- для визначення частки сухих речовин у різних суслах (ДСТ 5900-73), "промочке", цукровоагаровому сиропі, сиропі для мармеладу, зефіру, кремів і пряників, "тиражки" для пряників;

- для визначення масової частки розчинних сухих речовин по сахарозі (BRIX) у продуктах переробки плодів і овочів,

- для визначення процентного вмісту жиру у твердих продуктах харчування (пряники, вафлі чи хлібобулочних виробів)

- концентрації солей.

Рефрактометри можуть використовуватися в кожній лабораторії санітарно-епідеміологічного контролю, ветеринарній лікарні, лабораторії медичної установи, а також метрологічного контролю.

Переваги рефрактометрії: малий час виміру, нескладність виконання експерименту, мала витрата речовини і висока точність.

Рефрактометрія не відноситься до чуттєвих методів фізико-хімічного аналізу. Основний недолік полягає в особливостях мольно-адитивної модифікації показника переломлення.