Учебное пособие Барнаул 2008 (075. 8)
жүктеу/скачать 3.38 Mb.
|
|
показателя преломления, который является индивидуальным свойством анализируемого вещества. При пересечении лучом света границ раздела двух прозрачных сред (1 и 2) направление луча изменяется, т.е. луч преломляется. Это явление носит название рефракции (рисунок 4.1). 20 Рисунок 4.1 – Преломление луча света Отношение sin угла падения к sin угла преломления называется показателем преломления n = sin α / sin β,(4.1) где n - показателем преломления. Показатель преломления изменяется в зависимости от длины волны проходящего света. Такая зависимость называется рефракционной дисперсией, вследствие которой при рефракции видимого света появляются радужные полосы. Показатель преломления является физической константой вещества, поэтому по его значению можно судить о чистоте вещества. Показатель преломления зависит от температуры, т.е. при повышении температуры он уменьшается, а при снижении температуры – увеличивается. Величину изменения показателя преломления на один градус называют температурным коэффициентом. В справочной литературе обычно даны значения n20, т.е. значения коэффициента преломления при температуре 20 ºС. При преломлении света обычно не вся световая энергия луча переходит из одной среды в другую, так как часть её отражается. При увеличении угла падения соотношение между долей световой энергии, переходящей в другую среду, и долей световой энергии, отраженной от поверхности раздела, изменяется. Если угол падения непрерывно увеличивается (направления 1,2,3,4), то соответственно увеличивается и угол преломления (направления 1´,2´,3´,4´) (рисунок 4.2). 21 Рисунок 4.2 – Угол полного внутреннего отражения При максимальном значении угла падения α=90º, угол преломления также примет для данных двух сред (1,2) максимальное значение, но β<90º. Величина предельного угла на границе двух сред зависит только от их показателя преломления. Если известен показатель преломления одного вещества, то показатель преломления другого вещества можно определить. Показатель преломления не зависит от величины угла, под которым направлен луч света и является одной из характерных констант вещества. Если луч света переходит из среды менее плотной в более плотную, то угол падения всегда больше угла преломления, то есть α>β, и наоборот, если луч света переходит из среды более плотной в менее плотную, то угол падения меньше угла преломления, то есть α<β. По отношению к воздуху все жидкие и твердые прозрачные среды более плотные и показатели преломления их больше единицы, поэтому угол падения α больше угла преломления β. На принципе измерения угла основано устройство большинства рефрактометров. Рефрактометры устроены так, что исследуемое вещество помещается между двумя призмами (двумя половинами призмы). Свет, пропущенный через призму, преломляясь или отражаясь от границы раздела сред (призма-вещество), освещает только часть шкалы, образуя достаточно резкую границу света и тени. Положение этой границы на шкале зависит от угла полного внутреннего отражения исследуемого вещества. На шкале указаны показатели преломления, соответствующие различным значениям угла полного внутреннего отражения. 22 Все измерения проводят в белом свете. Показатель преломления прозрачных сред определяют в проходящем свете, а полупрозрачных – в отраженном. Рефрактометрию широко применяют при установлении концентрации углеводов в различных продуктах, массовой доли сухих веществ. Этим методом пользуются также для количественного определения жиров в пищевых продуктах, для пофазного контроля в процессе производства пищевых продуктов – кондитерских, напитков, некоторых видов консервов. Для технохимического контроля в пищевом производстве используют рефрактометры марки РПЛ-3 – пищевой лабораторный, УРЛ – универсальный, ИРФ-454, ИРФ-464 и др. 4.1.2 Спектральный метод Спектральным анализом называют метод, основанный на изучении спектров и определении химического состава по спектру. Для возбуждения спектров применяют чаще всего электрическую искру или дугу, а также газовое пламя; последние методы относятся к пламенной фотометрии. В дуговом, искровом, а иногда и в пламенном спектральном анализе применяют следующие типы приборов: 1) стилоскопы – визуальные приборы для качественного или полуколичественного анализа; 2) спектрографы – фиксируют спектр на фотопластинке; после чего пластинку проявляют и измеряют микрофотометром интенсивность почернения линий; 3) квантометры - приборы с фотоэлектрическим устройством. Спектральные методы дают широкие возможности для наблюдения и исследования соответствующих аналитических сигналов в различных областях электромагнитного спектра – рентгеновское излучение, ультрафиолетовое (УФ) излучение, видимый свет, инфракрасное (ИК), а также микро- и радиоволновое излучение. По сравнению с другими аналитическими методиками спектральный анализ является наиболее простым, быстрым и чувствительным. В настоящее время определены спектры всех атомов и составлены таблицы спектров. С помощью спектрального анализа могут легко определяться многие элементы, присутствующие в веществе в количестве от 0,01 % до 0,001 % и меньше. К существенным недостаткам спектрального анализа относиться то, что 23 интенсивность линии зависит от основного материала и от примесей, влияющих на возбуждение атомов в пламене. Спектральный анализ – это физический метод определения химического состава вещества по его спектру, испускаемому возбужденными атомами и молекулами. Атомы анализируемого вещества излучают свет под действием высокой температуры, достигающей от плюс 2000 до плюс 3000 ºС в пламени, от плюс 3000 до плюс 7000 ºС в дуге и нескольких десятков тысяч градусов в искре. Излучение, полученное таким образом, разлагается в спектр призмой спектрального прибора и регистрируется фотографической пластинкой или фотоэлектрическим устройством. Спектр – упорядоченное по длинам волн излучение. Оптический спектр охватывает ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную область. Длины волн спектральных линий обычно выражаются в нанометрах или миллимикронах. Известны три типа эмиссионных спектров: линейчатые, полосатые и непрерывные. Линейчатые спектры испускаются атомами и ионами раскаленных газов и паров. Полосатые спектры возникают при излучении света раскаленными парами молекул. Непрерывные спектры испускаются раскаленными жидкими и твердыми телами. Спектроскопию условно можно разделить на эмиссионную и абсорбционную. Эмиссионнаяспектроскопияисследуетизлучательную способность вещества. К числу важнейших особенностей эмиссионногоспектральногоанализаотноситсявысокая чувствительность определения некоторых элементов, скорость, объективность, универсальность. Фотоэлектрический спектрограф или квантометр позволяет в течение от 5 до 6 минут выполнить полный количественный анализ от 10 до 12 элементов. Абсорбционная спектроскопия исследует поглощательную способность вещества. В таблице 4.1 приведена классификация спектральных методов. Таблица 4.1 – Классификация спектральных методов Спектроскопия Молекулярная Источник аналитического сигнала Молекула Аналитический сигнал Поглощение (абсорбция) Испускание (люминесценция) Метод спектрометрии Молекулярно- абсорбционная Молекулярно- люминесцентная или флуориметрия 24 Продолжение таблицы 4.1 Спектроскопия Атомная Источник аналитического сигнала Атом Аналитический сигнал Поглощение (абсорбция) Испускание (эмиссия) Ядерный магнитный резонанс – ЯМР-спектр Электронный парамагнитный резонанс – ЭПР-спектр Масс-спектр Метод спектрометрии Атомно- абсорбционная Атомно- эмиссионная Спектрометрия ядерного магнитного резонанса Спектрометрия электронного парамагнитного резонанса Масс-спектрометрия Магнитного резонанса Ядро атомов (магнитный момент ядра) Электрон (магнитный момент электрона) Ион Масс- спектрометрия Молекулярно-абсорбционная спектрометрия. В молекулярно- абсорбционной спектрометрии исследуют аналитические сигналы в области от 200 до 750 нм (УФ-излучение и видимый свет), вызванные электронными переходами внешних валентных электронов, а также поглощение излучения в ИК- и микроволновой области, связанное с изменением вращения и колебания молекул. Наиболее широкое распространение получил метод, основанный на изучении поглощения в видимой области спектра в интервале длин волн от 400 до 750 нм – фотометрия. Метод, основанный на поглощении излучения в различных частях инфракрасной области электромагнитного спектра – ИК-спектрометрия, чаще всего используют поглощение излучения в средней (длина волны от 2,5 до 25 мкм) и ближней (длина волны от 0,8 до 2,5 мкм) ИК-области. Инфракрасная спектрометрия. Инфракрасная спектрометрия (ИК) представляет собой один из новейших физических методов количественного и качественного анализа пищевых продуктов. Этот метод позволяет получать достаточно полную информацию о строении и составе органических веществ. ИК–излучение применяется для исследования жирнокислого состава молочных продуктов, широко используется для определения пестицидов в различных пищевых продуктах, при анализе пищевых красителей, а также для контроля технологических процессов при переработке растительного и животного сырья. Применение ИК-спектроскопии чаще оказывается более полезным в качестве дополнительного метода при проведении 25 идентификации чистых веществ после хроматографического разделения сложных компонентов пищевых продуктов. ИК-спектр более точно характеризует вещество, чем температура плавления, показатель плавления или плотность. Метод ИК-спектроскопии используется для определения содержания в пищевых продуктах витаминов А, К, В1, В2, В6, С, никотиновой кислоты, токоферолов и каротина. В комбинации с хроматографиейИК-спектроскопиюможноприменятьдля исследования ароматических веществ и ряда органических соединений. Атомная спектроскопия (фотометрия пламени). В атомной спектроскопии вещества исследуют, переводя их в состояние атомного пара – атомно-абсорбционная спектроскопия или газообразное состояние – атомно-эмиссионная спектроскопия. В атомно-абсорбционной спектроскопии для возбуждения атомов используют тепловую энергию. Распыляя образец в пламени, соединения переводят в атомный пар (атомизация). Большинство атомов, возбуждаясь, переходит на более высокий энергетический уровень. При обратном переходе происходит выделение энергии. В процессе облучения атомов исследуемого элемента, находящихся в состоянии пара, линейчатым излучением того же самого элемента в возбужденном состоянии происходит резонансное поглощение. Этот процесс сопровождается уменьшением интенсивности линейчатого излучения. Измеряемое поглощение является мерой концентрации свободных атомов образца. В атомно-эмиссионной спектроскопии возбуждения происходят при помощи электрических зарядов. При этом создаются высокие температуры, благодаря которым большинство атомов переходит в жүктеу/скачать 3.38 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|