במאמר זה נשקול בפירוט את השיטות האנליטיות המבוססות על שינוי מצב האנרגיה של אטומים בודדים. אלו הן שיטות ניתוח אופטיות. בואו ניתן תיאור של כל אחד מהם, נדגיש את המאפיינים הייחודיים.
הגדרה
שיטות ניתוח אופטיות - סט שיטות המבוססות על שינוי מצב האנרגיה של אטומים בודדים. השם השני שלהם הוא ספקטרוסקופיה אטומית.
שיטות ניתוח אופטיות יהיו שונות בשיטת ההשגה וההקלטה נוספת של האות (נדרש לניתוח). הקיצור OMA משמש גם לייעודם. שיטות ניתוח אופטיות משמשות לחקר זרימות האנרגיה של ערכיות, אלקטרונים חיצוניים. המשותף לכל הגיוון שלהם הוא הצורך בפירוק ראשוני לאטומים (אטומיזציה) של החומר המנותח.
סוגי שיטה
אנחנו כבר יודעים מהי בדיוק שיטת ניתוח אופטית. שקול כעת את מגוון השיטות הבאות:
- Refractometricניתוח.
- ניתוח פולארימטרי.
- סט של שיטות ספיגה אופטיות.
ננתח כל אחת מהמיקומים של סיווג זה של שיטות ניתוח אופטיות בנפרד.
מגוון רפרקטומטרי
היכן ישים אינדקס השבירה? סוג זה של שיטת ניתוח אופטית-ספקטרלית נמצא בשימוש נרחב בחקר מוצרי מזון - שומן, עגבנייה, מיצים שונים, ריבה, ריבה.
ניתוח השבירה מבוסס על מדידת אינדקס השבירה (שם אחר הוא שבירה), שבאמצעותו ניתן לשפוט בצורה מהימנה את טיבו של חומר מסוים, טוהר ואחוזו בתמיסות המסה.
שבירה של אלומת אור תתרחש תמיד בגבול של שני מדיות שונות, בתנאי שיש להם צפיפות שונה. היחס בין הסינוס של זווית השבירה לסינוס של זווית השבירה יהיה מקדם השבירה היחסי של החומר השני לראשון. ערך זה נחשב קבוע.
במה תלוי מדד השבירה? קודם כל, מטבעו של החומר. גם אורך הגל והטמפרטורה של האור חשובים כאן.
אם זווית האור נופלת ב-90 מעלות, מיקום זה ייחשב לזווית השבירה המגבילה. ערכו יהיה תלוי רק באינדיקטורים של אותם מדיה שדרכם האור עובר. מה זה נותן? אם מקדם השבירה של המדיום הראשון פתוח בפני החוקר, אזי לאחר מדידת זווית השבירה המגבילה של השני, הוא יכול לקבוע את מקדם השבירה של המדיום שכבר מעניין אותו.
מגוון פולארימטרי
אנחנו ממשיכים לנתח את היסודות של שיטות ניתוח אופטיות. פולארימטרי מבוסס על התכונה של סוגים מסוימים של חומרים לשנות את הווקטור של תנודות האור.
חומרים בעלי התכונה המדהימה הזו, כאשר קרן מקוטבת עוברת דרכם, נקראים פעילים אופטית. לדוגמה, המאפיינים המבניים של המולקולות של כל מסת הסוכרים קובעות את הביטוי של פעילות אופטית בתמיסות שונות.
קרן מקוטבת מועברת דרך שכבה של תמיסה של חומר כזה פעיל מבחינה אופטית. כיוון התנודה ישתנה - מישור הקיטוב כתוצאה מכך יסובב בזווית מסוימת. זה ייקרא זווית הסיבוב של מישור הקיטוב. מיקום זה תלוי במספר הגורמים הבאים:
- סיבוב של מישור הקיטוב.
- עובי וריכוז שכבת הבדיקה של התמיסה.
- אורך הגל של האלומה המקוטבת ביותר.
- טמפרטורה.
הצפיפות האופטית של חומר במקרה זה תתאפיין בסיבוב ספציפי. מה זה הערך הזה? זה מובנה בתור הזווית שדרכה מסתובב מישור הקיטוב כאשר קרן מקוטבת עוברת דרך התמיסה. הערכים המותנים הבאים מתקבלים:
- 1 מ"ל תמיסה.
- 1 גרם של חומר מומס בנפח זה של תמיסה.
- עובי שכבת התמיסה (או אורך הצינור המקטב) הוא 1 dm.
ספיגה אופטיתמגוון
אנו ממשיכים להכיר שיטות ניתוח אופטיות בכימיה אנליטית. הקטגוריה הבאה בסיווג היא ספיגה אופטית.
זה כולל את שיטות הניתוח המבוססות על בליעת קרינה אלקטרומגנטית על ידי החומרים המנותחים. הם נחשבים כיום לנפוצים ביותר במעבדות מחקר, מדעיות, הסמכה.
כאשר אור נספג, מולקולות ואטומים של חומרים סופגים יעברו למצב חדש נרגש. כבר עכשיו, בהתאם למגוון של חומרים כאלה, כמו גם ליכולת להפוך את האנרגיה הנספגת על ידם, מובחנת סט שלם של שיטות אופטיות ספיגה. נציג אותם ביתר פירוט בכותרת המשנה הבאה.
סיווג של שיטות ספיגה אופטיות
אנו מביאים לידיעתך את הסיווג של שיטות אלה של ניתוח אופטי בכימיה. הוא מיוצג על ידי ארבע עמדות:
- ספיגה אטומית. מה כלול כאן? זהו ניתוח המבוסס על ספיגת אנרגיית האור על ידי האטומים של החומרים הנבדקים.
- מולקולרית ספיגה. שיטה זו מבוססת על ספיגת האור על ידי יונים מורכבים ומולקולות של החומר הנחקר, המנותח. תשומת לב רבה מוקדשת כאן לאזור האינפרא אדום, הנראה והאולטרה סגול של הספקטרום. בהתאם, אלה הם פוטוקולורימטריה, ספקטרופוטומטריה, ספקטרוסקופיה IR. מה חשוב להדגיש כאן? ספקטרופוטומטריה ופוטו-קולורימטריה מבוססות על אינטראקציה של קרינה עם מספר מערכות הומוגניות. לכן, בבכימיה אנליטית, הם משולבים לרוב לקבוצה אחת - שיטות פוטומטריות.
- נפלומטריה. סוג זה של ניתוח מבוסס על ספיגה ופיזור נוסף של אנרגיית האור על ידי חלקיקים מרחפים של החומר הנבדק.
- ניתוח פלואורומטרי (או זוהר). השיטה מבוססת על מדידת קרינה המופיעה כאשר משתחררת אנרגיה על ידי מולקולות נרגשות של החומר הנחקר על ידי החוקר. מיוצג על ידי פלואורסצנטי וזרחן. ננתח אותם בנפרד.
Luminescence
זוהר בכלל בעולם המדעי נקרא זוהר של אטומים, מולקולות, יונים ושאר חלקיקים ותרכובות חומר מורכבות יותר. זה מופיע כתוצאה ממעבר אלקטרונים למצב נורמלי מהמצב הנרגש.
לכן, כדי שחומר יתחיל להאיר, יש לספק לו כמות מסוימת של אנרגיה מבחוץ. חלקיקי החומר הנחקר יספגו אנרגיה, יעברו למצב נרגש, שבו הם יישארו לפרק זמן מסוים. לאחר מכן חזור למצב המנוחה הקודם, תוך מתן חלק מהאנרגיה שלו בצורת קוונטות זוהר.
זרחן וקרינה
בהתאם לסוג המצב הנרגש, כמו גם זמן השהייה של החומר בו, ישנם שני סוגים של זוהר - זרחנית ופלורסנטיות. כל אחד מהם בולט במאפיינים הייחודיים שלו:
- פלאורסצנטי. סוג של הארה עצמית של חומר מסוים, אשרימשיך רק לאחר הקרנה. כאשר החוקר מסיר את מקור ההתרגשות, הזוהר ייפסק באופן מיידי או לאחר 0.001 שניות.
- זרחן. מעין הארה עצמית של חומר מסוים שיימשך גם כשהאור שמלהיב אותו יכבה.
זו זרחנית שמשמשת ללימוד מוצרי מזון. שיטת המחקר הזוהר מסייעת לזהות חומר בדגימה הנחקרת בריכוזו של 10-11g/g. שיטה זו תהיה טובה לקביעת סוגים מסוימים של ויטמינים, נוכחות חלבונים ושומנים במוצרי חלב, לימוד טריות מוצרי בשר ודגים, אבחון נזקים לפירות, ירקות ופירות יער. כמו כן, נעשה שימוש במחקר זוהר לאיתור תכלילים רפואיים, חומרים משמרים, חומרי הדברה וחומרים מסרטנים שונים במוצרים.
קבוצת הקליטה כולה משולבת לרוב לקטגוריה ספקטרוכימית (או ספקטרוסקופית) בסיווג שיטות ניתוח אופטיות בכימיה אנליטית. למרות העובדה שהשיטות שונות מטבען, לכולן יש דבר אחד במשותף: הן מבוססות על אותם חוקים של קליטת אור. אך יחד עם זאת, ישנם הבדלים משמעותיים בסוג החלקיקים הסופגים, תכנון החומרה של המחקר וכדומה.
מגוון פוטומטרי
שם קבוצת השיטות לניתוח ספיגה מולקולרית ספקטרלית. הם מבוססים על ספיגה סלקטיביתקרינה אלקטרומגנטית באזורים הגלויים, האולטרה סגולים, האינפרא אדום על ידי המולקולות של הרכיב הנחקר. ריכוזו נקבע על ידי מומחה לפי חוק בוגר-למברט-ביר.
ניתוח פוטומטרי כולל פוטומטריה, ספקטרופוטומטריה ופוטוקולורימטריה.
מגוון פוטו-אלקטרו-קולורימטרי
השיטה הפוטואלקטרוקולורימטרית היא אובייקטיבית יותר בהשוואה לקולורימטריה חזותית. בהתאם לכך, הוא נותן תוצאות מחקר מדויקות יותר. כאן נעשה שימוש ב-FECs שונים - קולורימטרים פוטו-אלקטריים.
שטף האור בעת מעבר בנוזל צבעוני נספג חלקית. השאר נופל על תא הפוטו, שם נוצר זרם חשמלי, הרושם מד זרם. ככל שריכוז התמיסה חזק יותר, כך גדלה הצפיפות האופטית שלה. ככל שמידת בליעת האור גדולה יותר וחוזק זרם הצילום המתקבל קטן יותר.
בדקנו את כל הסיווג של שיטות ניתוח אופטי המשמשות כיום בכימיה אנליטית: קליטה רפרקטומטרית, פולארימטרית, אופטית. הם מאוחדים על ידי הצורך באטומיזציה ראשונית של החומר. אך יחד עם זאת, כל אחת מהשיטות נבדלת במאפיינים הייחודיים שלה - זנים של קליטה ורישום אות לניתוח.
