Курс лекций для студентов специальности 1-25 01 09 «Товароведение и экспертиза товаров»

7.10. Люминесцентный анализ

Под люминесцентным анализом понимают совокупность методов анализа, основанных на явлении люминесценции. В люминесцентном анализе используют все виды возбуждения, но чаще всего – фотовозбуждение.

Люминесцентный анализ подразделяют на качественный и количественный. Качественный люминесцентный анализ проводят по спектрам люминесценции; по их виду можно судить о присутствии того или иного вещества в пробе (анализируемом образце). Разновидностью качественного люминесцентного анализа является сортовой анализ, позволяющий обнаруживать малейшие различия в анализируемых образцах и используемый для установления сортности и качества стекол, семян, сельхозпродуктов и т. д.
Количественный люминесцентный анализ основан на измерении интенсивности люминесценции определяемого вещества. В практике количественного люминесцентного анализа обычно применяют метод градуировочного графика. В настоящее время разработаны методы количественного люминесцентного определения почти всех элементов периодической системы при их содержании в среднем 0,5–
5,0 мкг (при относительной погрешности 5–10%).
Люминесцентный анализ обладает высокой чувствительностью, низкими пределами обнаружения и используется преимущественно для обнаружения и количественного определения следовых количеств веществ в природных, промышленных и биологических объектах. Он включает в себя атомно-флуоресцентный анализ, флуориметрию, фосфориметрию, анализ по спектрам люминесценции кристаллофосфоров, хемилюминесцентный анализ.
Люминесценция – излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением, испускаемым веществом при данной температуре, и продолжающееся после поглощения энергии возбуждения
в течение времени, которое значительно превышает период световых волн.
Вещества могут люминесцировать, находясь в любом агрегатном состоянии – газообразном, жидком (растворы веществ), твердом (стекла, кристаллические вещества). Основным условием люминесценции является наличие у веществ дискретных энергетических спектров. Вещества с непрерывным энергетическим спектром (например, металлы в конденсированном состоянии) не люминесцируют, поскольку энергия возбуждения у них непрерывно переходит в теплоту. Общее название веществ, обладающих способностью люминесцировать, – люминофоры.
По длительности свечения все виды люминесценции разделяют на флуоресценцию и фосфоресценцию.
К флуоресценции стали относить свечения, мгновенно (в течение до 10^–8 с) затухающие после прекращения их возбуждения, а к фосфоресценции – свечения, продолжавшиеся заметный промежуток вре-
мени (от 10^–6 с и более) после прекращения возбуждения. Такая классификация носила чисто качественный характер и не позволяла установить четкое различие между двумя указанными видами свечения.
В настоящее время термины «флуоресценция» и «фосфоресценция» обычно применяют для того, чтобы отличить люминесценцию, возникающую при переходах между электронными уровнями одной мультиплетности (например, синглет-синглетный переход), от переходов между электронными уровнями разной мультиплетности (например, триплет-синглетный переход).
Помимо флуоресценции и фосфоресценции существует еще один вид свечения, который идентичен по спектральному составу флуоресценции, но характеризуется длительностью, свойственной фосфоресценции. Этот вид свечения называют замедленной флуоресценцией. Он относится к типу молекулярной люминесценции и наблюдается в весьма ограниченных диапазонах температур, вязкостей и кон-
центраций растворов. По сравнению с флуоресценцией и фосфоресценцией интенсивность замедленной флуоресценции невелика и достигает максимальных значений при комнатной и более высоких температурах, заметно ослабевая с понижением температуры.
По механизму элементарных процессов различают резонансную, спонтанную, вынужденную и рекомбинационную люминесценцию.
При резонансной люминесценции квант излучения, испускаемый частицей, равен поглощенному кванту (рисунок 7.6а). Резонансная люминесценция характерна преимущественно для атомов, а также для простейших молекул, находящихся в газообразном состоянии при низких давлениях. При этом выделяют особый вид резонансной люминесценции – атомную флуоресценцию (свечение атомов в газовой фазе, возбуждаемое световыми квантами). Спектры атомной флуорес-
ценции содержат гораздо меньше линий, чем спектры испускания тех же атомов в газоразрядных источниках возбуждения (лампы с полым катодом, высокочастотные безэлектродные лампы). Как правило, число линий в спектрах атомной флуоресценции не превышает десятка.