Люминесцентный анализ кратко и понятно
Обновлено: 06.07.2024
По характеру решаемых задач люминесцентный анализ разделяют на сортовой и химический (качественный и количественный). Основная задача сортового анализа - обнаружение различия между предметами, которые в видимом свете кажутся одинаковыми. Сортовой анализ основан на разной люминесценции веществ или предметов под действием какого-либо возбуждения. Используют этот метод для сортировки стекол, семян, обнаружения битумов в породах, микродефектов в металлических материалах и др. Широко используется метод люминесцентной микроскопии в биологии, фармакологии в медицине.
Качественный химический анализ использует способность отдельных элементов люминесцировать разным цветом, либо образовывать с люминесцентными индикаторами соединения.
Количественный люминесцентный анализ основан на использовании зависимости
где Iл – интенсивность люминесценции;
k – коэффициент пропорциональности;
С - концентрация вещества.
Линейная зависимость наблюдается только для малых концентраций. Чувствительность метода велика, для некоторых веществ она составляет 10 -7 – 10 -8 г/мл.
Многие неорганические вещества люминесцируют в твердом состоянии, в растворах это характерно лишь для солей уранила и редкоземельных элементов. В твердых растворах редкоземельные элементы сохраняют способность к люминесценции.
Широко используется люминесценция в анализе органических соединений. Для структуры молекул веществ, способных люминесцировать, характерны следующие особенности, проявляющиеся обычно не в одиночку, а в различных сочетаниях:
а) наличие цепочек сопряженных связей;
б) способность к мезомерии и таутомерии;
в) образование внутримолекулярных водородных связей;
г) симметричность структуры молекулы.
На основе обширного экспериментального материала, полученного при изучении спектров, разработаны методы люминесцентного анализа для идентификации органических соединений (в том числе и канцерогенных веществ). Даже при концентрации 10 -9 г на 1 г вещества удается обнаружить, например, бензпирен. Преобладающие цвета люминесценции органических веществ - фиолетовый и синий, реже зеленый; красным цветом люминесцируют не многие соединения.
Люминесцентный анализ используют для определения витаминов, антибиотиков, гормонов, биологических сред. Фенолы, спирты, эфиры, перекиси, карбоновые кислоты определяют с помощью люминесцентных реагентов.
Люминесцентный анализ – это совокупность методов обнаружения, определения и изучения состава вещества по его люминесценции.
1) Высокая чувствительность.
2) Зависимость люминесценции от примесей и рН среды.
3) Зависимость интенсивности люминесценции в определённых пределах от концентрации вещества.
4) Прямая зависимость интенсивности люминесценции от интенсивности возбуждающего излучения.
Виды люминесцентного анализа:
a) Спектральный. Осуществляется по распределению энергии в спектре люминесценции и применяется для обнаружения веществ и их идентификации.
b)
| 2 |
2) Количественный спектральный анализ. Здесь по интенсивности спектральных линий определяют количество вещества.
По методике исследования различают:
a) Макроанализ (наблюдение невооружённым глазом). Используется для проверки качества предметов. Объект облучается ультрафиолетом и даёт люминесцентное свечение.
b) Микроанализ (исследование люминесцирующих объектов с помощью специальных микроскопов).
3) Метод флуоресцирующих молекул. Эти молекулы добавляются к мембранным системам извне. Их называют флуоресцирующие зонды или метки. Они позволяют обнаружить перестройки в белках и молекулах.
Применение люминесцентного анализа в медицине:
1) В дерматологии. Для выявления грибковых заболеваний кожи и волос.
2) В микробиологии. Для обнаружения возбудителей туберкулёза.
3) В онкологии. Для обнаружения границ роста злокачественных опухолей.
4) В биохимии. Для обнаружения витаминов.
5) В клинике глазных болезней. Для обнаружения язв роговицы
6) В клинике внутренних болезней. Для определения скорости кровотока.
7) В судебной медицине. Для обнаружения крови, токсинов.
8) В фармакологии. Для анализа лекарств и изменения их, для обнаружения морфина, кокаина и других алкалоидов, обладающих люминесцентными свойствами.
Естественные и искусственные радиоактивные изотопы, их применение в медицине. Основной закон радиоактивного распада в интегральной форме (без вывода), его графическая интерпретация. Период полураспада.
Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.
Естественная радиоактивность осуществляется за счёт радиоактивных изотопов.
Изотопы - это разновидность атомов с одинаковыми зарядами ядра, но с разными массовыми числами: 1 1 H(протий), 2 1 H (дейтерий), 3 1 H (тритий).
Естественные радиоактивные изотопы делят на первичные и вторичные.
1. Первичные - образованы в земной коре при формировании Земли. Сейчас остались только первичные изотопы, имеющие период полураспада Т > 10 8 лет. К ним относятся члены радиоактивных семейств:
A. Семейство урана - радия.
Уран (238) - родоначальник семейства 238 92 U в результате 14 радиоактивных превращений дает устойчивый изотоп свинца. 206 82 Pb
Б. Семейство тория 232 90 Th (Т = 1,39 · 10 10 лет) в результате 10 превращений даёт изотоп свинца. 208 32 Pb
B. Семейство актиния 235 92 U (Т = 7,3 · 10 8 лет) в результате 11 превращений даёт изотоп свинца. 207 32 Pb
2. Вторичные - образуются под действием первичных изотопов или под действием космических лучей (протоны, α - частицы, ядра С, N, O2, фотоны).
А. Подчиняются законам динамического равновесия: их образование уравновешивается распадом.
Б. Они включены в состав живых организмов. Большое биологическое значение имеет вторичный изотоп 14 С, который образуется из атмосферного азота под действием космических нейтронов. Изотоп углерода 14 С в виде СО2 (углекислого газа) усваивается растениями => животными => человеком. При гибели живых растении и животных радиоактивность в них начинает убывать и по степени убыли можно определить возраст различных ископаемых.
Искусственная радиоактивность была открыта в 1934 году Ирен и Фредериком Кюри. Они обнаружили, что если долго облучать некоторые вещества α - частицами, то эти вещества сами становятся радиоактивными.
Радиоактивные изотопы (радионуклиды) можно получить при бомбардировке протонами, нейтронами, α - частицами, при поглощении γ - квантов большой энергии. Радиоактивные изотопы изготавливают на ядерных реакторах и в ускорителях заряженных частиц. В настоящее время получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе. Они активно используются в науке и технике.
Различают 3 основных метода:
1. Метод меченых атомов - использует радиоактивность как сигнал о присутствии данного изотопа. В качестве "метки" используют радионуклиды, которые можно легко обнаружить и измерить, зная их период полураспада, тип и энергию излучения. В качестве радиоактивных меток применяют: 3 Н, 14 С, 32 Р, 35 Са, 59 Fe, 131 I, 95 Nb, 60 Co, 24 Na
2. Методы, использующие большую проникающую способность радиоактивного излучения - определение структуры молекул.
3. Методы, использующие действие самого излучения - используют для изучения распределения веществ в системе и пути их перемещения, для выяснения механизма химической реакции, для количественного анализа.
Медицинское применение.
В медицине широко используются радиоактивные изотопы, т.к. они довольно быстро выводятся из организма, относительно недороги и обладают необходимой избирательностью действия. Применяются в диагностике, исследовании и лечении некоторых заболеваний.
1. Радиоизотопная диагностика - это физический метод применения радиоактивных изотопов для распознавания болезней и изучения функций организма.
Особенности:
A. Очень высокая чувствительность (10 -19 гр. вещества)
Б. Высокая специфичность метода (при анализе нельзя спутать 2 изотопа, каждый имеет свой спектр).
B. Возможность применения малых доз изотопа.
Г. Не разрушаемость живого организма.
Д. Простота и точность регистрации.
Виды методов:
1. Метод разведения. Суть: вводят изотоп в организм в определённой концентрации, берут пробы, сравнивают активность пробы с активностью введённого препарата и судят о разведении изотопа в организме.
2. Метод изучения скорости введения изотопа. После введения изотопа через некоторое время берут пробы и сравнивают активность; делают вывод, например, о выделительной функции почек.
3. Метод распределения изотопов (метод меченых атомов). Основан на избирательном скоплении изотопов в отдельных тканях. С помощью специальной аппаратуры определяют топографию и особенности щитовидной железы ( 131 I), определяют скорость кровотока ( 24 Na) и т.д.
2. Радиоизотопная терапия - совокупность методов лечения заболеваний радиоактивными изотопами. В её основе лежит биологическое действие радиоактивного излучения и избирательное накопление изотопов при их введении внутрь.
A. Для лечения злокачественных опухолей:
60 Сo помещается в излучатель специальной формы, и излучение направляется на участок, подлежащий лечению.
198 Au вводится в виде коллоидного раствора непосредственно в опухоль. Золото не вступает в биохимическую реакцию с тканями и облучение тканевых клеток продолжается до тех пор, пока сохраняется активность препарата. Лучевого поражения при этом не возникает, т.к. Т = 2,7 суток.
Б. Для лечения болезней крови.
32 Р концентрируется в трубчатых костях и, распадаясь, излучает β - лучи, которые облучают костный мозг, что во многих случаях восстанавливает функцию кроветворения.
B. Для лечения кожных и глазных заболеваний.
32 Р и 90 Sr - фильтрованную бумагу пропитывают раствором радиоактивного изотопа и в целлофановом конверте накладывают на поражённый участок. При распаде изотопы излучают β - лучи, которые не проникают глубоко в организм и не повреждают здоровые ткани.
Г. Для лечения органов пищеварения, дыхания, воздействия на кожу.
222 Rn вводится внутрь с помощью иглы, распадаясь, излучает α - лучи. Дополнительные пути воздействия - через ванны, питьё, ингаляции.
Интегральная форма закона.
Эта форма, в отличие от дифференциальной, устанавливает зависимость числа оставшихся атомов в данный момент времени (Nt) от их исходного количества (No), времени (t) и постоянной распада "λ".
Nt - число не распавшихся атомов к моменту времени t;
N0 - исходное число атомов при t = 0;
λ - постоянная распада;
t - время распада
Вывод: Наличное количество не распавшихся атомов ~ исходному количеству и убывает с течением времени по экспоненциальному закону.
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.006)
Люминесцентный анализ
При количественном и качественном химическом люминесцентном анализе регистрируется чаще всего самостоятельное свечение веществ. С помощью количественного химического люминесцентного анализа по интенсивности света люминесценции определяют концентрацию люминесцирующего вещества (при малых оптических толщинах его и концентрациях, меньших 10 -4 —10 -5 г/см 3 ). Чувствительность количественного люминесцентного анализа очень велика и достигает нескольких единиц на 10 -10 г/см 3 при обнаружении ряда органических веществ. Это позволяет использовать люминесцентный анализ для контроля чистоты веществ. Лучом газового лазера удаётся возбуждать люминесценцию отдельных изотопов и проводить, таким образом, изотопный люминесцентный анализ.
Качественный химический люминесцентный анализ позволяет обнаруживать и идентифицировать некоторые вещества в смесях. В этом случае с помощью спектрофотометров изучают распределение энергии в спектре люминесценции веществ при низких температурах (см., например, Шпольского эффект) и в вязких растворах (маслах). Некоторые нелюминесцирующие вещества обнаруживают по люминесценции продуктов их взаимодействия со специально добавляемыми веществами.
Сортовой люминесцентный анализ позволяет по характеру люминесценции обнаруживать различие между предметами, кажущимися одинаковыми. Он применяется для диагностики заболеваний (например, ткань, пораженную микроспорумом, обнаруживают по яркой зелёной люминесценции её под действием ультрафиолетового света), для определения поражённости семян и растений болезнями, определения содержания органических веществ в почве и т.п. С помощью сортового люминесцентного анализа производят анализ горных пород для обнаружения нефти и газов (см. Люминесцентно-битуминологический каротаж), изучают состав нефти, минералов, горных пород, сортируют алмазы и т.д. Используя свойство алмазов люминесцировать под действием мягких рентгеновских лучей, строят автоматические системы их отбора. В сортовом люминесцентном анализе часто рассматривают несобственное свечение объектов. При поиске некоторых химических элементов (например, редкоземельных) образцы породы обрабатывают специальными соединениями, которые создают с искомыми веществами люминесцирующие комплексы. В биологии живые ткани окрашивают спец. красителями, в результате взаимодействия которых с биологическим веществом также образуются люминесцирующие комплексы. Например, ядра клеток соединительной ткани, окрашенные акридином оранжевым, дают яркую люминесценцию, причём, если клетка раковая, цвет излучения меняется.
Иногда исследуемый объект, не обладающий собственной люминесценцией, подвергают предварительной обработке, заключающейся в добавлении спец. люминофора. При этом люминофор либо растворяется в исследуемой жидкости, либо адсорбируется на поверхности исследуемого объекта. При исследовании движения подземных вод в них растворяют люминофор (например, флуоресцеин) и производят люминесцентный анализ воды источников. Аналогично поступают при изучении движения прибрежных песков; в этом случае люминофор адсорбируется на поверхности песчинок.
Люминесцентный анализ находит применение также в криминалистике (для определения подлинности документов, обнаружения следов токсических веществ и т.п.), реставрационных работах, дефектоскопии. Люминесцентный анализ находит применение в гигиене (определение качества некоторых продуктов, питьевой воды) и промышленно-санитарной химии (определение содержания вредных веществ в воздухе) и т.п. Способность некоторых веществ (сцинтилляторов) люминесцировать под действием элементарных частиц высоких энергий обеспечило широкое применение методов люминесцентного анализа в ядерной физике (см. Сцинтилляционный счётчик, Люминесцентная камера).
Люминесцентный анализ, в котором применяется микроскоп, называется люминесцентной микроскопией (см. Микроскоп).
Лит.: Люминесцентный анализ. Сборник статей под редакцией М. А. Константиновой-Шлезингер, М., 1961.
При количественном и качественном химическом Л. а. регистрируется чаще всего самостоятельное свечение веществ. С помощью количественного химического Л. а. по интенсивности света люминесценции определяют концентрацию люминесцирующего вещества (при малых оптических толщинах его и концентрациях, меньших 10 -4 —10 -5 г/см 3 ). Чувствительность количественного Л. а. очень велика и достигает нескольких единиц на 10 -10 г/см 3 при обнаружении ряда органических веществ. Это позволяет использовать Л. а. для контроля чистоты веществ. Лучом газового лазера удаётся возбуждать люминесценцию отдельных изотопов и проводить, таким образом, изотопный Л. а.
Качественный химический Л. а. позволяет обнаруживать и идентифицировать некоторые вещества в смесях. В этом случае с помощью спектрофотометров изучают распределение энергии в спектре люминесценции веществ при низких температурах (см., например, Шпольского эффект) и в вязких растворах (маслах). Некоторые нелюминесцирующие вещества обнаруживают по люминесценции продуктов их взаимодействия со специально добавляемыми веществами.
Сортовой Л. а. позволяет по характеру люминесценции обнаруживать различие между предметами, кажущимися одинаковыми. Он применяется для диагностики заболеваний (например, ткань, пораженную микроспорумом, обнаруживают по яркой зелёной люминесценции её под действием ультрафиолетового света), для определения поражённости семян и растений болезнями, определения содержания органических веществ в почве и т.п. С помощью сортового Л. а. производят анализ горных пород для обнаружения нефти и газов (см. Люминесцентно-битуминологический каротаж), изучают состав нефти, минералов, горных пород, сортируют алмазы и т.д. Используя свойство алмазов люминесцировать под действием мягких рентгеновских лучей, строят автоматические системы их отбора. В сортовом Л. а. часто рассматривают несобственное свечение объектов. При поиске некоторых химических элементов (например, редкоземельных) образцы породы обрабатывают специальными соединениями, которые создают с искомыми веществами люминесцирующие комплексы. В биологии живые ткани окрашивают спец. красителями, в результате взаимодействия которых с биологическим веществом также образуются люминесцирующие комплексы. Например, ядра клеток соединительной ткани, окрашенные акридином оранжевым, дают яркую люминесценцию, причём, если клетка раковая, цвет излучения меняется.
Иногда исследуемый объект, не обладающий собственной люминесценцией, подвергают предварительной обработке, заключающейся в добавлении спец. люминофора. При этом люминофор либо растворяется в исследуемой жидкости, либо адсорбируется на поверхности исследуемого объекта. При исследовании движения подземных вод в них растворяют люминофор (например, флуоресцеин) и производят Л. а. воды источников. Аналогично поступают при изучении движения прибрежных песков; в этом случае люминофор адсорбируется на поверхности песчинок.
Л. а. находит применение также в криминалистике (для определения подлинности документов, обнаружения следов токсических веществ и т.п.), реставрационных работах, дефектоскопии (См. Дефектоскопия). Л. а. находит применение в гигиене (определение качества некоторых продуктов, питьевой воды) и промышленно-санитарной химии (определение содержания вредных веществ в воздухе) и т.п. Способность некоторых веществ (сцинтилляторов (См. Сцинтилляторы)) люминесцировать под действием элементарных частиц высоких энергий обеспечило широкое применение методов Л. а. в ядерной физике (см. Сцинтилляционный счётчик, Люминесцентная камера).
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Читайте также: