Описати явище люмінесценції, принципову схему приладу флуориметра ЄФ-3М.

Відповідь:

Люмінесценція – особливий вид світіння речовин без підвищення температури – відома ще з глибокої старовини. Однак пройшло багато століть, перш ніж людині вдалось цілком розкрити її природу.

Термін "люмінесценція" і класифікацію типів світіння вперше запропонував німецький фізик Відеман. Однак його визначення було неповним.
Під час фотолюмінісценції частка починає інтенсивно світитися в результаті захоплення квантів активуючого світла. Причому, повертаючись до вихідного стану, вона віддає отриману енергію у вигляді світла, довжина хвилі якого більша довжини хвилі джерела збудження.

Отже, люмінесценцією називають світіння атомів чи молекул, яке виникає в результаті електронного переходу в частинках речовини при їх переході із збудженого стану в не збуджений.

Класифікують явища люмінесценції за часом та методом збудження. За часом післясвітіння розрізняють два типи люмінесценції –флуоресценцію – світіння яке миттєво зникає після припинення дії джерела збудження і фосфоресценцію, світіння, продовжується певний проміжок часу.

В залежності від методу збудження розрізняють фотолюмінесценцію – свічення, яке виникає при поглинанні світлової енергії;катодолюмінесценцію – основану на свіченні речовин при поглинанні катодних променів (електронів) та хемілюмінесценцію – свічення, яке виникає при протіканні хімічних реакцій.

Всі люмінесціюючі речовини мають загальну назву – люмінофори. У найпростішому вигляді процес, збудження і свічення можна зобрази­ти схемою, наведеною на рис. 1, з якого видно, що енергія вип­ромінювання молекули завжди менша від енергії збудження.

Основними вузлами апарату­ри для люмінесцентного аналізу є освітлювач із світлофільтрами, кю­вети, діафрагми і пристрій для вимірювання інтенсивності свічення. Освітлювачем для люмінесцентного аналізу, як правило, використову­ють ртутні лампи. Приймачем виступає фотоелемент або фото помножувач. Принципова схема лабораторного флуориметра ЄФ-ЗМ, призначеного для кількісного аналізу вітамінів та інших люмінесціюючих речовин, показана на рис..

1 - кварцова лампа;

2 - діафрагма;

3 - заслінка;

4 - фільтр;

5 - кварцова оптика;

6 - посудина з досліджуваним розчином;

7 - кварцова оптика;

8 - світлофільтри;

9 - фотоелементи.

Рис. Схема лабораторного флуориметра ЄФ-3М.

Світло від кварцової лампи 1, проходячи через діафрагму 2, світлофільтр 4 і кварцову оптику 5, потрапляє на посудину з досліджува­ним розчином.

Люмінесцентне свічення досліджуваного розчину прохо­дить через кварцову оптику 7, вторинні світлофільтри 8, потрапляє на фотоелемент 9. Фотоелемент, перетворюючи світлову енергію в еле­ктричну, подає її на електронний підсилювач, в анодний ланцюг якого підключений мікроамперметр. Покази мікроамперметра прямо пропорцій­ні концентрації люмінесціюючої речовини.

Спочатку результати люмінесцентних досліджень оцінювалися лише візуально і за допомогою фотографування.

28. Охарактеризувати нефелометричний і турбідиметричний методи аналізу, описати принципову схему нефелометру.

Відповідь:проходженні світла через емульсії, суспензії та інші середовища із завислими малорозчинними частинками спостерігається його послаблення унаслідок розсіяння цими частинками. Таке явище використовують при турбідиметричному і нефелометричному аналізах.

Турбідиметрія базується на вимірах інтенсивності потоку, який пройшов через розчин із завислими частинками, а при нефелометричному методі вимірюють інтенсивність світлового потоку, розсіяного розчином із цими частинками.

Інтенсивність світла І, яке пройшло через каламутне середовище, визначають зі співвідношення, подібного до закону Бугера-Ламберта-Бера:

, (1)

де I ₀– інтенсивність падаючого світла;

l – товщина поглинаючого шару розчину;

с – концентрація поглинаючих частинок;

k – молярний коефіцієнт каламутності.

З рівняння (45) маємо:

, (2)

де S – каламутність (аналогія оптичної густини).

Рівняння (2) має сенс за певних умов турбідиметричного аналізу: стала величина середнього розміру частинок, стала довжина хвилі світла тощо. Каламутність S вимірюють турбідиметрами, які за своєю будовою подібні до фотометрів і спектрофотометрів.

Інтенсивність потоку I _t, розсіяного частинками розчину, визначають за законом Релея, який за умови нефелометричного аналізу (показники заломлення частинок і середовища, відстань до спостерігача, кут між падаючим і розсіяним світлом, об’єм суспензії та об’єм частинки є сталими величинами) записують так:

I_t = I ₀ Kc, (3)

де K – константа, яка враховує умови конкретного експерименту;

с – концентрація частинок;

І ₀– інтенсивність падаючого світла.

Вимірювання відношення з метою визначення концентрації частинок с здійснюють фотометрами, або нефелометрами, побудованими за принципом фотометрів. Здебільшого серійні флуорометри мають спеціальні пристосування для нефелометричних вимірів.

Типовим представником серійних приладів, які виконують функції у режимах колориметра і нефелометра, є фотометр ЛМФ-72, призначений для вимірювання коефіцієнта пропускання та опричної густини забарвлених рідких середовищ у спектральному діапазоні від 365 до 750 нм.

У режимі нефелометра детектор приладу (фотоелемент) розташований під прямим кутом до падаючого на досліджуваний розчин випромінювання, щоб зафіксувати інтенсивність його розсіяної компоненти. Застосування проточних (крім звичайних) кювет (рис. 1) дає змогу уникнути трудомістких операцій заповнення, встановлення, заміни змінних кювет, здійснювати масові аналітичні визначення.

Фотометр використовують також як індикатор точки еквівалентності при флуориметричному та потенціометричному титруванні.

Фотометр виконано за однопроменевою двоканальною схемою з модуляцією світлового потоку. Оптичну схему представлено на рис. 2. Світловий потік від лампи розжарювання 1 формується за допомогою конденсора 2 та об’єктива 3 і спрямовується через регулюючу щілинну діафрагму 4 на модулятор 5. Промодульований світловий потік, пройшовши через змінний інтерференційний чи абсорбційний світлофільтр 6, тепловий світлофільтр 7 і одну з двох кювет 8 (вимірювання чи порівняння), потрапляє на фотоелемент абсорбціометричного каналу 11, розташований на оптичній осі. При роботі у нефелометричному і флуорометричному режимах розсіяне світло чи випромінювання люмінесценції потрапляє на фотоелемент флуориметричного каналу. При вимірюванні відносної інтенсивності люмінесценції за допомогою абсорбційного світлофільтра 9 виокремлюється спектральна смуга, яка відповідає спектральному складу випромінювання люмінесценції (фотометр оснащений 12-ма змінними світлофільтрами, які виділяють вузькі ділянки спектра у межах робочого діапазону приладу).

1 – лампа розжарювання; 2 – конденсор; 3 – об’єктив; 4 – щілинна діафрагма; 5 – модулятор; 6 – змінний інтерференційний чи абсорбційний світлофільтр; 7 – тепловий світлофільтр; 8 – кювета4 9 – абсорбційний світлофільтр; 10 – захисне скло; 11 - фотоелемент

Органи управління і регулювання фотометра та вимірювальний пристрій

(цифровий вольтметр) розташовані на лицевій панелі приладу. Вимірювальна камера винесена з корпуса фотометра і розташована у лівому верхньому куті лицевої панелі.

Загальний вигляд фотометра зображено на рис. 3.

Методика вимірів при турбідиметричному і нефелометричному методах збігається з алгоритмами фотометричних вимірювань. Градуювальні графіки будують за допомогою серії стандартних замулень різної концентрації.

Методами нефело- і турбідиметрії визначають малі концентрації багатьох йонів, які утворюють малорозчинні сполуки.

Дим і туман добре видно унаслідок світлорозсіяння, тому зрозуміло, що турбідиметричний і нефелометричний методи стають у пригоді при контролі за забрудненнями повітря. Ступінь зменшення інтенсивності лазерного променя на шляху від одного будинку до іншого пропорційна кількості частинок, яку містить повітря. За допомогою невеликого лазера і фотоелемента можливо вловити декілька міліграм частинок диму діаметра від 0,1 до 1 мкм в 1 м ³повітря.

29. Охарактеризувати рефрактометричний метод аналізу, описати принцип дії рефрактометра.

Рефрактометричний аналіз ґрунтується на визначенні концентрації речовини за даними про її показник заломлення.

Залежно від оптичної густини середовища електромагнітне випромінювання, зокрема світло, матиме у ньому певну швидкість розповсюдження. Унаслідок різної швидкості світла у середовищах різної оптичної густини його промені змінюють свій напрям при переході межі розділу між середовищами – заломлюються – рефрактують (рефракція – викривлення). Мірою рефрактування є показник заломлення.

Абсолютний показник заломлення N – це відношення швидкості розповсюдження світла у вакуумі с до його швидкості у даному середовищі v, тобто:

.

Крім абсолютного показника заломлення використовують також показник заломлення одного середовища за відношенням до іншого (відносний показник заломлення):

,

де n 2,1 – відносний показник другого середовища щодо першого (n _1,2– навпаки);

v 1 і v 2 – швидкості світла у першому і другому середовищах.

Відносний показник заломлення можна визначити за допомогою кута падіння променя на межу розділу середовища a та кута заломлення b, під яким промінь розповсюджується у іншому середовищі:

.

Якщо заломлююче середовище оптично менш густе, тобто v ₂ > v ₁і b > a, то за певних значень кута падіння a = a _гркут заломлення b дорівнює 90° і промінь не потрапляє у заломлююче середовище, а ковзає межею розділу середовищ. У цьому випадку спостерігають явище повного внутрішнього відбиття. Явище реалізується за умови, що:

. (4)

Якщо взяти призму зі скла спеціального ґатунку з відомим показником заломлення і нанести на неї шар досліджуваного розчину з невідомим показником заломлення, то при спостереженні у такій системі явища повного внутрішнього відбиття маємо змогу знайти невідомий показник заломлення. Подібний експеримент здійснюють

за допомогою приладів, які називають рефрактомерами (рис. 4).

Найпоширенішими є рефрактометри типу Аббе і типу Пульфріха.

У рефрактометрах типу Аббе (рис. 5) призмовий блок складається із двох призм (освітлювальна та вимірювальна), між якими розташована досліджувана рідина. Промені від джерела світла після заломлення в освітлювальній призмі потрапляють у шар досліджуваної речовини і знову заломлюються на межі розділу між цією речовиною та вимірювальною призмою, а потім надходять у зорову трубу. Поворотом призми досягають умови повного внутрішнього відбиття, про що засвідчує чітке розмежування світла та тіні у полі зорової труби, і за шкалою приладу здійснюють відлік значення показника заломлення досліджуваної речовини.

Дата добавления: 2015-07-11