Якісний і кількісний люмінесцентний аналіз

Висока чутливість люмінесцентного методу дає змогу використовувати люмінесцентні реакції для виявлення речовин у різних об’єктах, причому використовують реакції різних типів. Для якісного аналізу іноді використовують власну люмінесценцію речовин – галогенідів Sb(III), Sn(II), Tl(I), In(III) і ін. Частіше користуються реакціями утворення комплексних сполук. Наприклад, мідь виявляють за яскравою синьою люмінесценцією її комплексу з саліцилалазином (межа виявлення 0,25 мкг в 5 мл розчину); берилій з морином утворює комплекс з яскравою зеленою люмінесценцією. Широко використовують комплекси металів з 8-оксихіноліном для виявлення Li, Mg, Sc, Al, In, Ga і ін.

В якісному аналізі можна використати явище гасіння люмінесценції чи зміни її кольору. Варто зазначити, що у багатьох випадках люмінесценцію можна спостерігати візуально залежно від складності об’єкта. Велике значення люмінесцентний якісний аналіз має в біології, фармакології, медицині, сільському господарстві, харчовій промисловості. Наприклад, якість насіння перевіряють за характером світіння – життєздатне насіння має жовте, нежиттєздатне – коричневе світіння. Свіже насіння гороху та квасолі люмінесціює голубим світлом, старе – не люмінесціює. Здорове насіння пшениці люмінесціює рівномірним синьо-голубуватим світлом, а пошкоджене паразитами – не люмінесціює.

Ефективним є якісний аналіз з використанням кристалофосфорівдля виявлення домішок у чистих речовинах. Кристалофосфори на основі СаО виявляють домішки Se i Fe за червоною люмінесценцією, Tl (I) – за зеленою, Ві (ІІІ) – фіолетовою.

Кількісний люмінесцентний аналіз ґрунтується на залежності інтенсивності люмінесценції І_л чи квантового виходу В_кв від концентрації люмінесціюючої речовини. Кількість поглинутих речовиною квантів (N_погл) пропорційна різниці інтенсивності падаючого монохроматичного потоку І₀ та

потоку, що вийшов з проби І_t:

Інтенсивність люмінесценції залежить від кількості поглинутих квантів та квантового виходу світіння:

З основного закону світло поглинання:

де ε –молярний коефіцієнт світлопоглинання, л∙моль^–1∙см^–1; с – концентрація речовини моль/л; l – товщина поглинаючого шару, см.

Комбінуючи останні два рівняння отримаємо:

Величини ε, l, k', I₀, В_кв – сталі, тому, об’єднавши їх у загальну сталу а, можна записати:

Стала а враховує те, що вимірюється лише частина випромінювання, яке рівномірно поширюється в усіх напрямах від центру світіння.

На практиці залежність справджується лише для малих концентрацій люменесціюючої речовини С.

Таким чином, інтенсивність люмінесценції прямо пропорційна концентрації для низьких концентрацій речовини – верхня межа концентрації розчину в люмінесцентному аналізі зазвичай не перевищує 10^-3-10^-4 моль/л.

При більш високих концентраціях інтенсивність люмінесценції із збільшенням концентрації може знижуватися (концентраційне гасіння). Причину можна пояснити так: в розбавленому розчині поглинуте випромінювання рівномірно розподіляється у всій товщині розчину, а в розчині з високою концентрацією більшу частину випромінювання поглинає перший шар розчину на шляху випромінювання. Тому рівняння справедливе, коли через розчин проходить основна частина випромінювання (більше 92 %).