СПЕКТРОФОТОМЕТРІЯ. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ РЕЧОВИН.

 

Багатохвильова спектрофотометрія.

Оптична густина будь-якої системи, яка містить обмежене  число забарвлених компонентів, які хімічно один з другим не взаємодіють, рівновага сумі оптичних густин компонентів суміші при цій же довжині хвилі:

причому кожна з “парціальних” оптичних густин рівна:

де – молярний коефіцієнт світлопоглинання речовини і при довжині хвилі l;

l – товщина світлопоглинаючого шару, см;

С_і –концентрація поглинаючої речовини, моль/л.

Якщо система містить n забарвлених речовин, то проводять n незалежних вимірювань оптичної густини при n різних довжинах хвиль l₁, l₂, …ln. В результаті отримують систему лінійних рівнянь:

Значення  визначають в процесі аналізу, значення  знаходять попередньо, а товщина шару l постійна і рівна довжині кювети.

В багатокомпонентному спектрофотометричеому аналізі, як і звичайно, вимірювання оптичних густин слід проводити відносно розчину порівняння, який містить всі використовуванні реагенти. Це робиться для зменшення систематичних похибок, обумовлених наявністю домішок в самих реагентах.

 

Спектрофотометричний аналіз двокомпонентних систем.

Найбільш часто доводиться мати аналіз двокомпонентних ситем. При цьому можливі варіанти аналізу.

1.                            Криві  світопоглинання обох речовин перекриваються по всьому спектру, але є розділені максимуми поглинання.

На рис. 2. Представлені криві поглинання  1 і 2 для розчинів двох чистих речовин з концентраціями С₁ і С₂. Максимум проглинання ввідповідабть довжинам хвиль l₁ і l₂. Якщо в цих же умовах приготувати розчин суміші цих речовин, то він дасть криву  світоопоглинання 3. При кожній довжині хвилі l будь- яка точка кривої 3 визначається сумою оптичних густин першої і другої речовини. Сумарна отична густина при довжинах хвиль l₁ і l₂:

Значення молярних коефіцієнтів світлопоглинання або беруть з таблиць, або (частіше) визначають експериментально наступним чином. Готують стандартний розчин чистої речовини (1) і окремо стандартний розчин чистої речовини (2) з відомою концентрацією. Вимірюють оптичні густини обидвох розчинів при двох довжинах хвиль відповідно l₁ і l₂. Отримують оптичні густини

,                               ;

,                               ;

,                                ;

,                                .

де,  – молярні коефіцієнти поглинання речовини 1 і 2 при l₁ і l₂ відповідно;

С₁ і С₂ – концентрації речовин 1 і 2;

l – товщина шару.

За отриманими значеннями А і С, l можна розрахувати і розраховують значення молярних коефіцієнтів поглинання. Підставляють ці значення в рівняння сумарних оптичних густин:

При товщині шару l = 1 см матимемо

Рішення цієї системи дає

Щоб відносна густина D с/с була найменшою, значення повинні лежати в інтервалі 0,3-1,  а відношення  повинні бути максимальними.

В даному випадку при довжині хвилі l₁ по виміряній оптичній густині А звичайним способом розраховують концентрацію першої речовини:

Концентрацію другої речовини знаходять, знаючи С₁

2.                            В спектрі поглинання розчину є ділянки, в одній з яких поглинає тільки перша речовина, а в другій – тільки друга.

У таких найбільш сприятливих умовах для аналізу визначення проводять незалежно для кожного компонента за рівнянням:

 (при довжині хвилі l₁);

 (при довжині хвилі l₂).

Для фотометричного визначення суміші речовин описаним вище способом необхідно застосування спектрофотометра, хоча в окремих випадках можна користуватися фотометрами, які обладнані світлофільтрами з вузькими смугами пропускання.

В практичному відношенні найбільш інтерес представляє другий випадок аналізу двокомпонентних систем, тобто той випадок, коли зручно знайти таку ділянку спектра, в якій поглинанням одного з компонентів можна знехтувати. В таких випадках найбільш зручним для аналітичних лабораторій є метод градуювальних кривих.

Суть методу стане зрозумілою при розгляді прикладу визначення калію перманганату і калію біхромату при сумісній присутності в кислому розчині. Криві поглинання розчину кожної з цих речовин, отримані за допомогою спектрофотометра.

При довжині хвилі l₁ = 570 нм розчин калію біхромату не поглинає. Тому хоча при цьому і відбувається деяка втрата чутливості, визначення KМnO₄ в присутності K₂Cr₂O₇ краще вести при цій довжині хвилі. Визначення калію біхромату краще проводити при l₂ = 380 нм, так як при цій довжині хвилі найменшим є вплив поглинання калію перманганату.

При l₂ = 380 нм для правильного визначення K₂Cr₂O₇ необхідно вводити поправку на поглинання калію перманганату, так як воно значне і ним знехтувати не можна. Втакому випадку поступають наступним чином: за серією стандартних розчинів калію перманганату будуть при l₁ = 570 нм градуювальний графік 1 

 

 

 А

                                                    1 (l₁ = 570 нм KМnO₄)

                                                      3 (l₂ = 380 нм K₂Cr₂O₇)

А₁l₁

 

                                                                 

                                                                 2 (l₂ = 380 нм KМnO₄)

А₂l₂

                                                 

                                        Т_KМnO4             Т мг/мл

 

Для цих же розчинів при l₂ = 380 нм будують другий графік 2. По серії стандартних розчинів K₂Cr₂O₇ будують графік при l₂ = 380 нм.

При аналізі суміші KМnO₄ і K₂Cr₂O₇ вимірюють оптичну густину при 570 нм і за графіком 1 знаходять вміст KМnO₄. Потім за графіком 2 знаходять оптичну густину розчину KМnO₄ при l₂ = 380 нм із знайденою концентрацією Т_KМnO4.

Далі вимірюють оптичну густину суміші KМnO₄ і K₂Cr₂O₇ при 380 нм. Розраховують різницю

.

Знаючи поглинання або оптичну густину лише розчину K₂Cr₂O₇розраховують за графіком 3 вміст K₂Cr₂O₇ у досліджуваній суміші.

Метод градуювального графіка дає добрі результати не тільки при використанні спектрофотометрів, але й колориметрів з вузькосмуговими світлофільтрами.

 

Екстракційно-фотометричний аналіз.

Екстракційно-фотометричний аналіз базується на сполученні екстракції визначуваної речовини і наступного її фотометричного визначення. Цей метод застосовується:

1.                При аналізі складних сумішей;

2.                Коли необхідно визначити малі кількості одних речовин в присутності великих кількостей інших;

3.                При визначенні домішок в присутності основних компонентів;

4.                Коли безпосереднє визначення досліджуваного елемента в суміші є неможливим (повне перекривання кривих поглинання).

При екстракції малих кількостей домішок відбувається не тільки їхнє виділення, але й концентрування. Тому екстракційно-фотометричний метод набуває особливоважливого значення в звзук з визначенням малих кількостей домішок у речовинах високого ступеня чистоти, які широко застосовуються в атолмній та напівпровідниковій техніці.

Екстракційно-фотометричні методи аналізу є високочутливими методами.

Найбільш часто застосовується екстракція різнолігандних комплексів, вони застосовуються для визначення не лише іонів металів-комплексоутворювачів, але й при утворенні змішаних комплексів, які екстрагуються, значно розширює можливості в підвищенні чутливості та селективності екстракційно-фотометричних методів аналізу.

Молекули багатьох використовуваних в аналітичній практиці органічних аналітичних реагентів мають у своєму складі вільні сульфогрупи, внаслідок чого і самі реагенти і утворені ними хелати є розчинні у воді. Такі реагенти (наприклад, алізарин С, арсеназо, торон та ін.) утворюють у водних розчинах аніонні комплекси. Аніонні комплекси з іонами металів екстрагуються у вигляді іонних асоціатів з великими органічними катіонами, якими можуть бути катіони тетрафеніларсонію, дифенілгуанідинію, бензилтиуронію та ін. Аніонні комплекси часто бувають координаційно ненасиченими, тому вони краще екстрагуються координаційно-активними розчинниками (спиртами), особливо в присутності аніонних добавок (CCl₃COO^–, ClO₄^–та ін.), які сприяють координаційній насиченості. По такому типу екстрагують U^IV,^VI, Th^IV, РЗЕ та ін. елементи.

Багато іонів важких металів здатні утворювати аніонні ацидокомплекси MXn  (де X – електронегативний ліганд SCN^–, Cl^–, Br^–, I^– та ін.). оскільки такі комплекси практично безколірні, то їх екстракцію для наступного фотометричного закінчення виконують в присутності крупних катіонів основних барвників, таких як метиловий фіолетовий, кристалічний фіолетовий, малахітовий зелений, родаміни, метиленовий голубий, сафраніни, тіазини та ін.

Деякі органічні реагенти, такі як, о-фенантролін, дипіридил та ін., здатні зсувати іони металів в катіонні хелати. З крупними гідрофобними аніонами ці катіонні комплекси утворюють іонні пари, схильні екстрагуватися. Таким аніонами можуть бути аніони арилсульфокислот (наприклад, 2–нафталінсульфокислота) тетрафенілбората і кислотних барвників (наприклад, метиловий оранжевий). У випадку утвореннякоординаційно-активні розчинники, або екстракцію проводять в присутності хлоридів, бромідів, перхлоратів та інших аніонів, які компенсують надлишкові заряди в частинці катіонного комплексу.

По такомутипу екстрагують Au^III, Bi^III, Fe^III, Sb^V та інші.

Можливі два типи кольорових екстракційних реакцій:

1.                Реакціїї з утворенням асоціатів, які складаються з іону металу, що володіє хромофорною дією (Сr^III, Co^III, Cu^II та ін.), реагента (о-фенантролін, піридин, хінолін) з аніонними добавками (SCN^–, Cl^–, Br^–, ClO₄^–);

2.                Реакції з утворенням асоціатів, які складаються з іону-металу з недостатньою хромофорною дією (Ag^I, Cd^II і інші), забарвленого реагента (еозин, метиловий оранжевий) й аніона реагента (тиурам, піриди).

В фарманалізі екстракційно-фотометричному методі застосовується для:

1.                Визначення домішок в субстанціях та лікарських засобах на їх основі (саліцилова кислота в ацетилсаліциловій кислоті);

2.                Визначення біологічно-активних речовин в препаратах рослинного походження (серцеві глікозиди, алкалоїди).

 

Диференціальна спектрофотометрія.

Колориметричне і спектрофотометричне визначення звичайно дає хороші результати при визначенні малих концентрацій забарвлених речовин в розчині. Часто при аналізі доводиться застосовувати фотометрію при високих вмістах досліджуваних речовин. За звичай ці визначення виконують тривалими за часом аналізу ваговими або об’ємними методами, які часто вимагають попереднтого відділення визначуваного компонента від більшості супутніх елементів.

До застосування більш швидких фотометричних визначень є одна перешкода: зростання отичної густини з ростом концентрації забарвленої сполуки. Як вже вказувалося, вимірювання оптичних густин більших 0,8 проводиться з великими похибами, що в кінцевому варіанті приводить до великих похибок у визначенні вмісту речовин. Найбільш простим засобом зменшення величини оптичної густини є розведення  розчину у необхідних межах. Однак при великих розведеннях виконують похибки, пов’язані з вимірюванням об’ємів, що зводить на нівець точність визначення при фотометруванні. Більш розведений розчин можна виготовити також взяттям меншої наважки; точність в даному випадку зумовлена тільки чутливістю застосовуваних ваг.

Диференційний метод застосовують для:

–                     підвищення відтворюваності результатів аналізу при визначенні великих кількостей речовин;

–                     для усунення стороннього заважаючого впливу інших компонентів і виключення поглинання реактиву.

Суть методу полягає в тому, що: оптичні густини досліджуваного і стандартного забарвлених розчинів вимірюються не по відношенню до чистого розчинника з нульовим поглинанням, а по відношенню до забарвленого розчину визначуваного елемента з концентрацією Со, близькою до концентрації досліджуваного розчину.

Диференціальний метод в залежності від способів вимірювання відносної оптичної густини досліджуваного розчину і розрахунку його концентрації може мати декілька варіантів.

 

Сх

Н2О

Спор

Сх

         

                                                                                

 

           І₀                І_х                І_пор                І_х      

Відношення інтенсивностей  називається умовним коефіцієнтом пропускання.

Відношення І_пор. до І_о характеризує пропускання розчину порівняння

Відношення І_х до І_о характеризує пропускання розчину проби

Тоді відносний коефіцієнт пропускання

Або якщо записати для оптичної густини

Отже, пряма  не проходить через початок координат.

                                              

Градуювальний графік

Нехай аналізований розчин має оптичну густину А = 4,0, то                                                           фотометрії виміряти неможливо.

Але і взявши в якості розчинника розчин з А_пор = 3,0 отримуємо відносну оптичну густину А_{х відн} = А_х – А_пор = 4,0 – 3,0 = 1,0, що вже можна виміряти з необхідною точністю.

Найбільш часто застосовують варіант, в якому концентрація розчину порівняння є менша концентрації досліджуваного розчину (С_о < С_х).

 Виміряна експериментально відносна оптична густина А^¢ представляє собою різницю оптичних густин фотометрованого розчину і розчину порівняння:

А_{х відн} = А_х – А_пор = e(С_x – C_o)×l

А^¢_{ст відн} = А_ст – А_пор =  e(С_ст – C_o)×l.

Концентрацію досліджуваного розчину визначають або за допомогою градуювальної кривої, або розрахунковим способом.

Для побудови кривої в області можливих концентрацій досліджуваного розчину готують серію стандартних розчинів з концентраціями С₁, С₂, …С_і, …С_n (Cn>Ci…>C₂>C₁) і вимірюють їхні оптичні густини по відношенню до забарвленого розчину порівняння з концентрацією С_пор. За отриманими даними будують градуювальну криву, приймаючи за початок відліку концентрацію розчину  порівняння С_о. Вимірявши відносну оптичну густину досліджуваного розчину А^¢_х по градуювальному графіку знаходять невідому концентрацію Сх визначуваної речовини.

При розрахунковому способі визначення концентрації досліджуваного розчину враховують, що відношення значень відносних оптичнихгустин досліджуваного і стандартного розчинів відповідає відношенню різниць між концентраціями цих розчинів і розчину порівняння, тобто

або

Відношення різниці концентрацій стандартного розчину і розчину порівняння до відносної оптичної густини стандартного розчину (С_ст – С_о)/А_{ст відн}. (обернений кутовий коефіцієнт градуювального графіка) називають фактором перерахунку F. В одній серії вимірювань для визначеного інтервалу концентрацій досліджуваного розчину F залишається постійною величиною.

 

Переваги диференц. СФ:

1)                значне розширення меж (границь) визначуваних вмістів в високі концентрації;

2)                відносна похибка 0,05 – 2%, що є значно нижче, ніж в звичайній фотометрії (підвищення точності).

Диференційований метод може застосовуватися тоді, коли буде забезпечено проходження через сильно забарвлений розчин достатньо потужного монохроматичного променя світла.

Найбільш точні – визначення, які проводяться на СФ, але в багатьох випадках для диференційної фотометрії можуть бути використані фотоелектроколориметри.

Фотометричне титрування

Оптичні методи можуть служити не тільки для безпосереднього визначення концентрації речовини, але й для визначення точки еквівалентності в процесі титрування при умові, що існує лінійна залежність між світлопоглинанням і концентрацією речовини в досліджуваному розчині.

Аліквотну частину аналізованого розчину поміщають в кювету, через яку проходить монохроматичний потік світла, який потім потрапляє на фотоелемент, і приступають до титрування. В процесі титрування відзначають значення оптичної густини.

На основі результатів титрування будують криву спектрофотометричного титрування, відкладаючи по осі ординат значення оптичної густини А, а на осі абсцис – об’єм титранту розчину (в мл).

Точку еквівалентності знаходять шляхом екстраполяції, використовуючи такі ділянки кривої титрування, які відповідають надлишку або визначуваної речовини або титранта. З цією метою в процесі титрування проводять вимірювання в моменти, достатньо віддалені від точки еквівалентності, тоді коли реакція проходить ще кількісно, і, проводячи через відповідні їм точки прямі, графічно знаходять точку еквівалентності. Якщо реакція проходить кількісно, крива титрування має вигляд двох прямих, які перетинаються в точці еквівалентності.

Об’єм титранту, який пішов на титрування до т.е. можна розрахувати, розв’язавши систему рівнянь

(1) – рівняння прямої зміни оптичної густини від V_титр. до т.е., а (2) – відповідно після т.е.

.

Цей метод розрахунку еквівалентного об’єму може застосовуватись для всіх випадків лінійних титрувань: амперометричного, кондуктометричного та ін.

Метод СФ титрування має ряд переваг над візуальними методами:

1.                Вища селективність і дозволяє проводити послідовне визначення декількох компонентів проби;

2.                Можливість титрування забарвлених розчинів;

3.                Визначення низьких концентрацій речовин (абсолютні кількості речовин, визначувані цим методом, лежать в межах 1·10^-1 – 1·10^-8 г);

4.                Можливість використання реакцій, які не закінчуються в т.е. (утворенння малостійких к/с, нейтралізація слабких кислот і основ).

В методі Сф титруванння застосовують реакції:

–                     кислотно-основні;

–                     комплексоутворення;

–                     окиснювально-відновні.

Криві СФ титрування можуть бути різної форми. Характер їх залежить від того, які компоненти реакції поглинають при вибраній довжині хвилі.

В загальному випадку хід кривої титрування до і після т.е. залежить від значення De:

,

реакція                      А      +        В ®        АВ

                               визн. реч                титр.          продукт

e_АВ, e_В, e_А – молярні коефіцієнти світлопоглинання продукта реакції, титранта і визначуваної речовини відповідно.

В якості прикладу розглянемо деякі, які найчастіше зустрічаються у випадку СФ титрування.

  А                                                    1 – поглинає вих. речовину (А)                                          

                                                                 

                                                                  l = 350 нм

                                                                  1′ – поглинає продукт реакції (АВ).

 

 

Особливості інструментальних методів аналізу

Сучасна аналітична хімія відчуває сильний вплив експериментальної фізики і фізичної хімії. Прогрес цих наук, надзвичайна різноманітність і точність цих методів вивчення матерії в значній мірі визначають напрямок ро

звитку аналітичної хімії. Цей процес почався давно, і в результаті фізичні і фізико-хімічні методи, які називають ще інструментальними, виділилися в окремий розділ аналітичної хімії.

З попереднього матеріалу можна було переконатись в тому, що виконання кількісних визначень ваговим і об’ємними (хімічними) методами іноді пов’язані з певними труднощами, головними з яких є:

а) необхідність використання значних кількостей речовини для аналізу;

б) необхідність попереднього виділення компоненту, що аналізується, із зразка; складних об’єктів;

в) відносно невелика чутливість, яка обмежує застосування класичних методів для аналізу малих кількостей елементів чи сполук;

г) великі затрати часу і праці (особливо у гравіметрії) на проведення повного аналізу.

Більшість інструментальних методів позбавлені усіх або принаймні частини названих недоліків. Вони визначаються підвищеною у порівнянні з класичними методами чутливістю і вибірковістю. Тому для аналізу у цих випадках потрібна, як правило, незначна кількість матеріалу, а вміст визначає мого елемента у зразку може бути надзвичайно малою.

При виконанні аналізу фізико-хімічними або фізичними методами в багатьох випадках відповідає необхідність відділення аналізуємих компонентів від інших складових зразка, часто для проведення аналізу витрачається усього кілька хвилин.

Таким чином, інструментальні методи аналізу вирізняються експресністю, вибірковістю, чутливістю.

 

Сфери застосування інструментальних методів

З особливостей інструментальних методів аналізу логічно випливають сфери їх застосування. По-перше, вони незамінні при аналізі мікрокількостей речовин, тобто в тих випадках, коли вміст останніх виражається сотими і меншими, аж до 10^-9 – 10^-10, частинами відсотка. В цих випадках хімічний аналіз дає великі похибки, або ж взагалі нечутливий. Одержання ж аналітичних концентратів не завжди можливі. По-друге, немає альтернативи інструментальним методам у тих випадках аналізу, коли вміст визначаємого компоненту і великий, проте сама проба матеріалу незначна. По-третє, ці методи корисні при необхідності швидкого аналізу продуктів і проміжних речовин безперервних виробництв (металургія, нафтохімія, біотехнологія тощо). В цих випадках експрес-аналіз дозволяє за результатами його зробити корекцію параметрів технологічного процесу. До того ж, інструментальні методи аналізу, на відміну від хімічних, легше піддаються автоматизації, комп’ютеризації і здійсненню зворотного зв’язку, тобто авторегулювання технологічного процесу.

По-четверте, деякі з методів, в основному фізичних, дозволяють вивчати склад об’єкту без його руйнування, що вигідно відрізняє їх від хімічних методів аналізу. Наприклад, до таких методів належать інфрачервона спектроскопія і рентгенівський. Це особливо важливо при аналізі коштовних, а іноді і унікальних, безцінних, як кажуть мистецтвознавці, об’єктів, таких як коштовні камені, ювелірні вироби, картини, скульптури, історичні реліквії тощо.

Однак, підкреслимо, що широке застосування інструментальних методів у жодному разі не знижує ролі класичної аналітичної хімії. По-перше, вона є підґрунтям більшості фізико-хімічних методів. Так, електроваговий метод можна віднести і до гравіметрії. Відмінність полягає в тому, що садження проводиться не хімічним, а електрохімічним методом. Кондуктометричне або ж потенціометричне титрування відрізняється від класичного лише способом визначення точки еквівалентності.

Диференціальна спектрофотометрія застосована при визначенні великих змістів шуканого компоненту в аналізованому об’єкті. Хімічна диференціальна спектрофотометрія є, мабуть, єдиним методом, придатним для аналізу речовини в присутності домішки з подібним і навіть повністю ідентичним спектром поглинання.

Диференціальну спектрофотометрію широко застосовують у практиці, вона дає можливість визначати високі змісту різних компонентів з цілком задовільною точністю. Зберігаючи переваги фотометричного методу, диференціальна спектрофотометрія може конкурувати по точності з титриметричним методом.

Термін диференціальна спектрофотометрія в літературі використовують для позначення декількох абсолютно різних методів. Багато авторів називають свої методи диференціальними і в тих випадках, коли в розрахункову формулу входять різниці оптичних густин одного розчину при двох довжинах хвиль або двох різних розчинів при одній довжині хвилі. Щоб уникнути плутанини в справжній книзі для подібних методів використані назви хімічна диференціальна, двохвильова і похідна спектрофотометрія. Метод диференціальної спектрофотометрії полягає в тому, що в якості розчину порівняння (нульового розчину) застосовують. Метод диференціальної спектрофотометрії (Фотоколориметри) полягає в тому, що за нульовою розчин беруть не розчинник, а розчин з дещо меншою концентрації аналізованого речовини. Метод диференціальної спектрофотометрії застосовують у тому випадку, коли аналізована суміш характеризується таким пропусканням ІЧ-випромінювання, яке не дозволяє підібрати довжину кювети, щоб запис спектру здійснювалася в робочому діапазоні пропускання спектрофотометра при хорошому дозволі смуги поглинання аналізованого компонента. Крім того, цей метод використовують при аналізі багатокомпонентних сумішей з перекриваючи смугами поглинання компонентів. Впровадження диференціальної спектрофотометрії в практику аналітичних лабораторій нашої країни почалося в кінці 50 – х років.

Метод диференціальної спектрофотометрії відносно новий, але дуже перспективний, оскільки дозволяє значно спростити визначення великих змістів елементів при збереженні точності і відтворюваності, характерних для класичних методів аналізу. Однак систематичного вивчення можливостей цього методу перешкоджає відсутність порівняльних даних, що характеризують застосовність фотометричних реакцій у випадку великих змістів визначуваного елементу. Методи диференціальної спектрофотометрії дозволяють поліпшити точність спектрофотометричних вимірювань. Тому дані методи називають також прецизійними. Вони засновані на використанні розчинів з відомою концентрацією для установки нульового і 100% пропускання реєструючого приладу. До диференціальної спектрофотометрії відносять три різні типи фотометричних вимірювань, які класифікують у відповідності зі способом установки нуля і повної шкали та в залежності від системи реєстрації результатів фотометричних вимірювань. Кожен метод являє собою спосіб розширення шкали вимірювального приладу з коефіцієнтом розширення, обумовленим використовуваними розчинами з відомою концентрацією. Для диференціальної спектрофотометрії багатокомпонентних систем може бути застосований метод відносного пропускання. Під диференціальної спектрофотометрі надалі розуміється вимір оптичної щільності диференціальним методом я деякої кінцевої області спектра. Це розширює колишній підхід, так як може бути отримана істотно більша інформація про спектроскопічних властивості об’єкта. Якщо (фотометричний метод в якості кінцевого результату дає точне значення концентрації розчину, важливе в хімічному кількісному аналізі, диференціальний метод дозволяє виміряти інтегральну інтенсивність і контур смуг поглинання, що представляють інтерес для вирішення ряду проблем спектроскопії.

Встановлено, що в диференціальної спектрофотометрії точність вимірювання зростає зі зростанням концентрації еталонного розчину. Однак при цьому необхідно або збільшити інтенсивність джерела освітлення, або підвищити чутливість фотоелектричної системи. Можливості приладів в цьому відношенні обмежені. Крім того, зі зростанням концентрації розчину, як було показано, частіше зустрічаються відхилення від закону поглинання. Тому велика увага приділяється вибору концентрації нульового розчину.

 

РЕФРАКТОМЕТРІЯ

РЕФРАКТОМЕТРІЯ (лат. refractus — пере­ломлений + грец. metreo — виміряю) — оптичний метод аналізу, заснований на вимірюванні показника заломлення (n) речовини, яку визначають.

Абсолютним показником заломлення називають відношення швидкості проходження світла у вакуумі до швидкості проходження світла в речовині, що досліджується. На практиці визначають відносний показник заломлення — відношення швидкості проходження світла в повітрі до швидкості проходження світла в речовині або відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення n = v₁/v₂ = sin α/sin β, де v₁ — швидкість проходження світла в повітрі; v₂ — швидкість проходження світла в речовині; α — кут падіння; β — кут заломлення. Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла, температури, агрегатного стану, а також від концентрації речовини і природи розчинника, якщо визначають розчини.

Рефрактометрія використовується для ідентифікації речовини; для кількісного визначення одно-, дво- та багатокомпонентних сумішей; для визначення якості розчинів речовин та термінів їх зберігання.

Прилади, що використовують для визначення показника заломлення, називають ре­фрактометрами. Визначення найчастіше проводять при температурі 20 ^оС і довжині хвилі D лінії спектра атома натрію (λ = 589,3 нм). Показник заломлення, визначений у таких умовах, позначають n²⁰_D . Зазвичай вимірювання показника заломлення виконують на ре­фрактометрах типу Аббе, дія яких ґрунтується на визначенні кута пов­ного внутрішнього відбиття при проходженні світлом межі між двома середовищами з різними показниками заломлення. Діапазон вимірювання показника заломлення від 1,3 до 1,7, а точність визначення ±2·10^–4. Менш поширені на практиці рефрактометри типу Пульфриха, дія яких побудована на вимірюванні кута заломлення монохроматичного світла, що забезпечує високу точність визначення показника залом­лення ±2·10^–5, але потребує значної кіль­кості досліджуваного розчину і монохроматора світла.

Визначити концентрацію розчинів речовин рефрактометричним методом можна двома способами: розрахунковим та графічним. При розрахунковому способі використовують формулу, що відображає залежність між концентрацією розчину та його показником заломлення:= n₀ + F·C → C = (n – n₀)/F, де n — показник заломлення розчину; n₀ — показник заломлення розчинника; F — рефракто­метричний фактор; C — концентрація розчину (%). Рефрактометричний фактор (F) демонструє зміну показника заломлення при зміні концентрації розчину на 1%. Його встановлюють експериментально або розраховують за таблицями показників заломлення. При використанні графічного способу визначення концентрації розчину речовини будують калібрувальний графік у координатах n-C, вимірюють показник заломлення розчину і за графіком знаходять відповідну концентрацію.

Рефрактометричний метод використовують на практиці для кількісного визначення концентрації речовин водних та неводних розчинів, органічних та мінеральних кислот, солей, концентрації етилового спирту, гліцеролу, для визначення вмісту білка в крові та ін.

Основою спектральних методів слугують реакції окремих атомів і молекул або їхніх груп, в основі яких є взаємодія речовин з променистою енергією. Ці реакції досліджуються у вигляді сигналів-спектрів, що дає змогу робити висновки про кількісний і якісний склад речовини. Проте такі висновки (щоправда, переважно менш детальніші) можна робити, вивчаючи інтегральні (колективні) реакції речовини як системи атомів і молекул на взаємодію з електромагнітним випромінюванням. Власне, такі підходи були притаманні першим крокам фізико-хімічного аналізу, оскільки відповідали тогочасному рівневі знань і наявності відповідної апаратури для досліджень. Ці методи й сьогодні залишаються в арсеналі аналітиків. Наприклад, колориметрія – окремий випадок спектрофотометрії видимої частини спектра, яка вивчає забарвлення розчинів як їхню колективну реакцію на опромінення світлом.

Крім колориметрії, існує група інших методів, що базуються на вивченні інтегральних характеристик взаємодії речовини зі світлом. Це оптичні методи: нефело– і турбідиметрія, рефракто– і поляриметрія.

Існують також методи, які ґрунтуються на взаємодії речовини з тепловою енергією (термічний аналіз), враховують поведінку речовини в йонізованому стані при взаємодії з магнітним полем (мас-спектрометрія), дають змогу дослідити речовину, залучивши до аналізу інтерференційні ефекти (інтерферометрія).

Зрозуміло, що переліченими методами не обмежується арсенал фізичних методів, які використовують з аналітичною метою.

Нефелометричний і турбідиметричний методи аналізу

При проходженні світла через емульсії, суспензії та інші середовища із завислими малорозчинними частинками спостерігається його послаблення унаслідок розсіяння цими частинками. Таке явище використовують при турбідиметричному і нефелометричному аналізах.

Турбідиметрія базується на вимірах інтенсивності потоку, який пройшов через розчин із завислими частинками, а при нефелометричному методі вимірюють інтенсивність світлового потоку, розсіяного розчином із цими частинками.

Інтенсивність світла І, яке пройшло через каламутне середовище, визначають зі співвідношення, подібного до закону Бугера-Ламберта-Бера:

,      (1)

де      I₀ – інтенсивність падаючого світла;

l – товщина поглинаючого шару розчину;

с – концентрація поглинаючих частинок;

k – молярний коефіцієнт каламутності.

З рівняння (45) маємо:

,          (2)

де      S – каламутність (аналогія оптичної густини).

Рівняння (2) має сенс за певних умов турбідиметричного аналізу: стала величина середнього розміру частинок, стала довжина хвилі світла тощо. Каламутність S вимірюють турбідиметрами, які за своєю будовою подібні до фотометрів і спектрофотометрів.

Інтенсивність потоку I _t, розсіяного частинками розчину, визначають за законом Релея, який за умови нефелометричного аналізу (показники заломлення частинок і середовища, відстань до спостерігача, кут між падаючим і розсіяним світлом, об’єм суспензії та об’єм частинки є сталими величинами) записують так:

I_t = I₀ Kc,    (3)

де      K – константа, яка враховує умови конкретного експерименту;

с – концентрація частинок;

І₀ – інтенсивність падаючого світла.

Вимірювання відношення  з метою визначення концентрації частинок с здійснюють фотометрами, або нефелометрами, побудованими за принципом фотометрів. Здебільшого серійні флуорометри мають спеціальні пристосування для нефелометричних вимірів.

Типовим представником серійних приладів, які виконують функції у режимах колориметра і нефелометра, є фотометр ЛМФ-72, призначений для вимірювання коефіцієнта пропускання та опричної густини забарвлених рідких середовищ у спектральному діапазоні від 365 до 750 нм.

У режимі нефелометра детектор приладу (фотоелемент) розташований під прямим кутом до падаючого на досліджуваний розчин випромінювання, щоб зафіксувати інтенсивність його розсіяної компоненти. Застосування проточних (крім звичайних) кювет (рис. 1) дає змогу уникнути трудомістких операцій заповнення, встановлення, заміни змінних кювет, здійснювати масові аналітичні визначення.

Фотометр використовують також як індикатор точки еквівалентності при флуориметричному та потенціометричному титруванні.

Фотометр виконано за однопроменевою двоканальною схемою з модуляцією світлового потоку. Оптичну схему представлено на рис. 2. Світловий потік від лампи розжарювання 1 формується за допомогою конденсора 2 та об’єктива 3 і спрямовується через регулюючу щілинну діафрагму 4 на модулятор 5. Промодульований світловий потік, пройшовши через змінний інтерференційний чи абсорбційний світлофільтр 6, тепловий світлофільтр 7 і одну з двох кювет 8 (вимірювання чи порівняння), потрапляє на фотоелемент абсорбціометричного каналу 11, розташований на оптичній осі. При роботі у нефелометричному і флуорометричному режимах розсіяне світло чи випромінювання люмінесценції потрапляє на фотоелемент флуориметричного каналу. При вимірюванні відносної інтенсивності люмінесценції за допомогою абсорбційного світлофільтра 9 виокремлюється спектральна смуга, яка відповідає спектральному складу випромінювання люмінесценції (фотометр оснащений 12-ма змінними світлофільтрами, які виділяють вузькі ділянки спектра у межах робочого діапазону приладу).

Рис. 2 Оптична схема фотометра ЛМФ-72М.1:

1 – лампа розжарювання; 2 – конденсор; 3 – об’єктив; 4 – щілинна діафрагма; 5 – модулятор; 6 – змінний інтерференційний чи абсорбційний світлофільтр; 7 – тепловий світлофільтр; 8 – кювета4 9 – абсорбційний світлофільтр; 10 – захисне скло; 11 – фотоелемент

 

Органи управління і регулювання фотометра та вимірювальний пристрій

(цифровий вольтметр) розташовані на лицевій панелі приладу. Вимірювальна камера винесена з корпуса фотометра і розташована у лівому верхньому куті лицевої панелі.

Загальний вигляд фотометра зображено на рис. 3.

 Методика вимірів при турбідиметричному і нефелометричному методах збігається з алгоритмами фотометричних вимірювань. Градуювальні графіки будують за допомогою серії стандартних замулень різної концентрації.

Методами нефело- і турбідиметрії визначають малі концентрації багатьох йонів, які утворюють малорозчинні сполуки.

Дим і туман добре видно унаслідок світлорозсіяння, тому зрозуміло, що турбідиметричний і нефелометричний методи стають у пригоді при контролі за забрудненнями повітря. Ступінь зменшення інтенсивності лазерного променя на шляху від одного будинку до іншого пропорційна кількості частинок, яку містить повітря. За допомогою невеликого лазера і фотоелемента можливо вловити декілька міліграм частинок диму діаметра від 0,1 до 1 мкм в 1 м ³ повітря.

 

Рефрактометрія

Рефрактометричний аналіз ґрунтується на визначенні концентрації речовини за даними про її показник заломлення.

Залежно від оптичної густини середовища електромагнітне випромінювання, зокрема світло, матиме у ньому певну швидкість розповсюдження. Унаслідок різної швидкості світла у середовищах різної оптичної густини його промені змінюють свій напрям при переході межі розділу між середовищами – заломлюються – рефрактують (рефракція – викривлення). Мірою рефрактування є показник заломлення.

Абсолютний показник заломлення N – це відношення швидкості розповсюдження світла у вакуумі с до його швидкості у даному середовищі v, тобто:

.

Крім абсолютного показника заломлення використовують також показник заломлення одного середовища за відношенням до іншого (відносний показник заломлення):

,

де      n 2,1 – відносний показник другого середовища щодо першого (n _1,2 – навпаки);

v1 і v2 – швидкості світла у першому і другому середовищах.

Відносний показник заломлення можна визначити за допомогою кута падіння променя на межу розділу середовища a та кута заломлення b, під яким промінь розповсюджується у іншому середовищі:

.

Якщо заломлююче середовище оптично менш густе, тобто v₂ > v₁ і b > a, то за певних значень кута падіння a = a _гр кут заломлення b дорівнює 90° і промінь не потрапляє у заломлююче середовище, а ковзає межею розділу середовищ. У цьому випадку спостерігають явище повного внутрішнього відбиття. Явище реалізується за умови, що:

.      (4)

Якщо взяти призму зі скла спеціального ґатунку з відомим показником заломлення і нанести на неї шар досліджуваного розчину з невідомим показником заломлення, то при спостереженні у такій системі явища повного внутрішнього відбиття маємо змогу знайти невідомий показник заломлення. Подібний експеримент здійснюють за допомогою приладів, які називають рефрактомерами (рис. 4).

Найпоширенішими є рефрактометри типу Аббе і типу Пульфріха.

У рефрактометрах типу Аббе (рис. 5) призмовий блок складається із двох призм (освітлювальна та вимірювальна), між якими розташована досліджувана рідина. Промені від джерела світла після заломлення в освітлювальній призмі потрапляють у шар досліджуваної речовини і знову заломлюються на межі розділу між цією речовиною та вимірювальною призмою, а потім надходять у зорову трубу. Поворотом призми досягають умови повного внутрішнього відбиття, про що засвідчує чітке розмежування світла та тіні у полі зорової труби, і за шкалою приладу здійснюють відлік значення показника заломлення досліджуваної речовини.

У рефрактометрі типу Пульфріха (рис. 6) заломлюючий блок складається із вимірювальної призми з наклеєною циліндричною скляночкою з досліджуваною рідиною. Промені від джерела світла спрямовують вздовж межі розділу рідина-призма і після їхнього заломлення фіксують у зоровій трубі різку межу світла і тіні. Рефрактометри цього типу укомплектовані набором змінних призм з різними показниками заломлення.

Інформація щодо показників заломлення розчину N і розчинника N₀, а також відома залежність між N, N₀ і концентрацією розчиненої речовини с (наприклад, для розбавлених розчинів N = N₀ + Kс, K – емпіричний коефіцієнт), дає змогу визначати концентрації досліджуваних речовин.

Зауважимо, що показники заломлення, крім природи речовини, залежать ще від довжини хвилі світла та температури, і це необхідно враховувати при аналізі. Зокрема, виключення впливу температури при рефрактометричних вимірюваннях досягають термостатуванням.

Рефрактометрія належить до простих і надійних методів аналізу, досить широко застосовується для визначення вмісту значної кількості лікарських препаратів, концентрацій різних спиртів, аналізу харчових продуктів. Її головний недолік – висока межа визначення.

 

Інтерферометрія

Класична рефрактометрія не дає змоги задовільно досліджувати гази та розчини неорганічних речовин. Детальнішу інформацію щодо показників заломлення і, відповідно, якісного складу та кількісного вмісту досліджуваних об’єктів отримують, залучивши до аналізу чутливі інтерференційні ефекти. Таке залучення реалізують за допомогою інтерференційного рефрактометра (наприклад, інтерферометра Релея рис. 7).

Паралельний пучок променів від джерела 1 (створюють конденсорним об’єктивом 2) проходить через діафрагму 3 з двома паралельними щілинами. Унаслідок інтерференції світла, яке дифрагує на щілинах, у різних точках екрана 5 маємо змогу спостерігати підсилення та послаблення світла (інтерференційну картину б). Якщо на шляху верхньої частини пучка променів розташувати дві однакові кювети 4 з розчином досліджуваної речовини і розчинником, то на екрані спостерігатимемо дві інтерференційні картини. Перша (б) утворена нижньою частиною пучка (промені пройшли поза кюветами), друга (а) – верхньою (промені пройшли через кювети). Інтерференційна картина б є нерухомою, а картина а може зміщуватись у той чи інший бік залежно від різниці показників заломлення розчину n_p і розчинника n₀. Зміщення інтерференційних смуг визначають за формулою:

,        (5)

де      N – зміщення смуг;

l – довжина світлової хвилі;

l – довжина кювет.

Метод аналізу, який ґрунтується на вимірюванні зміщення інтерференційних смуг унаслідок проходження світла, яке дифрагувало на щілинах, через середовища з різними показниками заломлення, називають інтерферометричним.

З метою проведення інтерферометричного вимірювання кювети спочатку заповнюють розчинником і встановлюють нульову точку, сполучаючи смуги рухомої та нерухомої інтерференційних картин. Потім одну із кювет заповнюють досліджуваним розчином і знімають покази приладу. Концентрацію розчинів (у %) визначають за формулою:

,       (6)

де      N – покази інтерферометра; b – поправка; а – розбавлення;                   K – коефіцієнт перерахунку.

Величини b і K визначають за даними серії експериментів з розчинами досліджуваної речовини відомої концентрації, користуючись формулами:

; ,

де      N_K і N_p – покази інтерферометра для концентрованого і розбавленого розчинів; с_K і с_p – концентрації цих розчинів.

Метод дає змогу аналізувати речовини не тільки у рідинному, а й у газоподібному стані. Він застосовується для виявлення малих домішок у повітрі і воді, дослідження пічних і рудникових газів, газів коксобензольного, аміачного виробництв, дуже розбавлених розчинів з незначною різницею у показниках заломлення тощо, з точністю вимірювань до 10 ^– 6 у серійних і      10 ^– 7-10 ^– 8 – у прецизійних інтерферометрів.

 

Поляриметрія

Натуральне світло – це поперечні електромагнітні хвилі: коливання відбуваються у площині, перпендикулярній до напряму розповсюдження хвилі. Напрями коливань у цій площині є різноманітними (рис. 8). Існують кристали – поляризатори, при проходженні через які світло стає поляризованим, тобто коливання електромагнітної хвилі відбуваються тільки в одному напрямі, коливання ж у інших напрямах поляризатор не пропускає. Площину, яка збігається з цим напрямом та напрямом розповсюдження хвилі, називають площиною поляризації.

Безперечно, що через два поляризатори із взаємоперпендикулярними площинами поляризації (другий поляризатор називають аналізатором) натуральне світло не пройде (рис. 9).

За відношенням до поляризованого світла всі речовини поділяють на оптично активні й неактивні. Перші здатні обертати площину поляризації поляризованого світла на певний кут у лівий або правий бік.

Оптична активність зумовлена несиметричною будовою молекул. Наприклад, у циклогексана    – молекула симетрична та оптично неактивна, а у метилциклогексана         – несиметрична, оптично активна.

Для оптично активної хімічно чистої речовини кут обертання площини поляризації b залежить від товщини шару речовини l, її густини r і оптичної активності, яку характеризує питоме обертання a:

b = a l r.    (7)

У випадку розчинів залежність (7) трансформується у вираз:

b = a lс,     (8)

де      с – концентрація розчину.

Питоме обертання a, крім природи речовини, залежить від температури і довжини хвилі поляризованого світла.

Кут обертання визначають за допомогою поляриметрів, основними вузлами яких є поляризатор (джерело поляризованого світла) й аналізатор, який, власне, дає змогу визначити цей кут. Якщо між поляризатором та аналізатором, налаштованими на “темноту” (площини поляризації взаємоперпендикулярні), розташувати кювету з розчином оптично активної речовини, то за аналізатором фіксується освітленість. Аналізатор треба повернути на певний кут, щоб відновити відсутність світла поза ним. Цей кут і є шуканим кутом обертання площини поляризації.

Існує декілька модифікацій поляриметрів для вимірювання кута обертання площини поляризації. На рис. 10 зображено круговий поляриметр.

Як поляризатор використовують призму Ніколя або поляроїдну плівку, що обертається і зв’язана зі шкалою 7. Обертанням аналізатора в окулярі 8 приладу домагаються однакової освітленості полів (це засвідчує співпадання його оптичної осі з площиною поляризації) і за шкалою заміряють кут повороту аналізатора. Кювету (трубку зі знімними скельцями) перед вимірюванням промивають дистильованою водою, споліскують і заповнюють досліджуваним розчином, стежачи за тим, щоб при накладанні торцевого скельця у кюветі не залишались бульбашки повітря. Робоча довжина кювети становить 1 дм.

Застосовують також клинові поляриметри, в яких аналізатор закріплений нерухомо і представляє собою плоскопаралельну пластину із правообертаючого та два клини з лівообертаючого кварцу. Один з клинів нерухомий, інший пересувається щодо першого за допомогою мікрометричного гвинта, зв’язаного зі шкалою, вирівнюючи при цьому освітленість полів в окулярі приладу.

Найчастіше поляриметричний метод застосовують при аналізі вуглеводнів, зокрема сахарози і глюкози.

 

Термічний         аналіз

Термічний аналіз ґрунтується на дослідженні фізико-хімічних і хімічних перетворень, які відбуваються у речовині з виділенням (екзотермічні реакції) або поглинанням (ендотермічні реакції) тепла.

Цей аналіз виконують так. Пробу розташовують у печі і нагрівають або охолоджують, реєструючи температуру у деякій точці всередині проби за допомогою термовимірного приладу. Криву залежності температури від часу називають термічною кривою або термограмою. Якщо при нагріванні (охолодженні) речовини відбувається екзотермічна реакція, то температура взірця стає вищою, ніж у печі; при ендотермічній реакції – навпаки. Відповідно, на термограмах з’являються характерні зломи (рис. 11).

Оскільки зломи часто є невиразними із-за малих величин теплових ефектів, то термічні криві отримують, фіксуючи різницю температури Dt між взірцем і еталоном, розташованим у тій же печі, за допомогою диференціальної термопари. Таку криву називають кривою ДТА, а сам метод – методом диференціально-термічного аналізу (ДТА).

         У сукупності з термічним аналізом часто застосовують метод дослідження за зміною маси проби протягом деякого часу при лінійному підвищенні (зниженні) температури. Це – термоваговий (термогравіметричний) аналіз. Криву зміни маси унаслідок підвищення температури називають термогравіметричною кривою.

Для реєстрації кривих нагрівання (охолодження) використовують пірометри, у яких теплова енергія перетворюється на електричну (термострум).   Зміну   маси    проб и фіксують   термотерезами – електричною

напівавтоматичною одночашковою вагою з нагрівачем. Сучасна термічна (пірометрична) установка – дериватограф (рис. 12) – містить ці вузли і дає змогу автоматично отримувати сумісно криві зміни з часом температури та маси (звичайні та диференціальні) для однієї і тієї ж наважки досліджуваної речовини, що є запорукою тотожності умов аналізу.

Термічний аналіз широко застосовують при встановленні мінерального складу ґрунтів, він є базовим при перевірці якості добрив.

 

Мас-спектрометричний      аналіз

Мас-спектрометричний метод аналізу ґрунтується на здатності потоку йонів у газоподібному стані розділятись під дією магнітного поля залежно від відношення , де m – маса йона, q – його заряд. Оскільки заряд йона зазвичай відомий, то цей метод дає змогу розрізнити йони за масою, тобто здійснювати якісне й кількісне визначення ізотопів хімічного елемента.

Йонізація газоподібної проби тим чи іншим методом, наприклад, бомбардуванням молекул взірця потоком електронів.

Прискорення потоку йонів електричним полем, унаслідок чого їхня кінетична енергія становить:

,         (9)

де      U – потенціал електричного поля, v– швидкість йона.

Скерування потоку йонів у магнітне поле, вектор індукції якого В є перпендикулярним до потоку. У цьому випадку сила Лорентца F = gvB, яка діє на йони з боку магнітного поля як доцентрова сила, зумовить викривлення їхніх траєкторій. Йони почнуть описувати дуги різних радіусів залежно від величини . Величину цих радіусів R визначають із таких співвідношень:

; ;

                            . ;                           (10)

.

При сталих значеннях U і B радіус R залежить тільки від величини відношення .

Отримання мас-спектра, тобто розподілу йонів за масою, за допомогою фотографічного чи електронного детектора.

При фотографічному детектуванні пучок йонів, які рухаються дугою радіуса R, спричинює почорніння фотопластинки, пропорційне числу йонів з величиною відношення . В електричних детекторах сигнали реєструють швидкодіючим потенціометром. Використання ЕОМ прискорює обробку інформації з детектора. Йони з різною величиною відношення  рухатимуться дугами з різними радіусами. Пучки йонів матимуть свою інтенсивність і утворять у певних місцях фотопластинки почорніння. Утвориться мас-спектрограма, а при фотоелектричному детектуванні – набір значень величини  і відповідних щодо них значень інтенсивності (рис. 13).

З конструктивних міркувань мас-спектрометр розрахований на певне незмінне значення радіуса R, а отримання мас-спектра здійснюють так. Із рівняння (54) маємо:

.    (11)

При сталому значенні радіуса R можна отримувати різні значення величини , змінюючи величину індукції В, або потенціал U.

Головними елементами мас-спектрометра є (рис. 14): система введення зразків; джерело йонів; аналізатор мас; система детектування йонів; системи підсилення і представлення сигналу. До складу мас-спектрометра входить вакуумна система, яка створює необхідне розрідження з метою запобігання зіткнень йонів з молекулами повітря.

6

Мас-спектрометрія належить до універсальних методів аналізу. Цим методом можна за один експеримент визначити 50–60 елементів. Передусім широкого застосування мас-спектрометрія набула при визначенні ізотопів різних елементів, визначенні структур молекул.

 

Чутливість і селективність, правильність і відтворюваність

інструментальних методів аналізу.

Чутливість методів визначається двома методами:

n    інтенсивністю вимірюваної фізичної властивості;

n    чутливістю детекторів сигналу в приладі для інструментального аналізу.

 

Мало інтенсивними властивостями є, наприклад, ряд оптичних властивостей – заломлення променя світла і обертання площини поляризації світла, в наслідок чого рефрактометрія і поляриметрія мають низьку чутливість і застосовується при аналізі порівняно концентрованих розчинів речовин.

Високу інтенсивність можуть мати ( в залежності від типу речовин ) поглинання світла розчинами речовин, лінії в емісійному спектрі елементів, флюоресценція, радіоактивність і ряд інших властивостей. В зв’язку з цим відповідні види інструментального аналізу володіють високою чутливістю. Висока чутливість багатьох методів пояснюється властивостями застосовуваних детектору сигналу в приладах. Наприклад, сучасні фотопомножувачі реагують на світлові потоки з дуже малою інтенсивністю, а радіометричні лічильники – на окремі елементарні частинки. Електрохімічні методи (полярографія, кулонометрія мають високу чутливість завдяки застосуванню високочутливих реєстраторів струму і потенціалу.

Важливою перевагою багатьох інструментальних методів є їх висока вибірковість – селективність. Ряд інструментальних методів, н-д, рефрактометрія, інтерферометрія, неселективні і використовуються в тих випадках, коли аналізуються або індивідуальні речовини, або нескладні суміші ( з 2-3 речовин. ). Висока селективність притаманна методам, які базуються на характерних властивостях молекул, функціональних угрупувань, атомів, які володіють емісійними й абсорбційними властивостями, радіоактивністю, здатністю до електрохімічного відновлення або окислення. Наприклад, по лініях емісійного спектра виявляють і визначають практично всі елементи при їх сумісній присутності. Ці методи широко застосовуються в промисловості, сільському господарстві, медицині, при аналізі матеріалів складного складу.

Правильність інструментальних методів аналізу залежить від того, наскільки властивість адекватно відображає склад і зв’язана ним строго визначеними закономірностями. Закономірності, які зв’язують властивість і склад, встановлюють експериментально. Тому при проведені інструментального аналізу попередньо проводять калібровку аналітичних приладів і виявлення залежності фізичних властивостей від складу. Ці завдання вирішуються за допомогою стандартних зразків.

Стандартним зразком називають речовини і матеріали, які мають постійний склад і властивості. Наприклад, в потенціометрії застосовують стандартні буферні розчинники з постійним значенням рН-метри, в спектрофотометрії по стандартам речовин буде калібрувальний графік, який використовується потім для інтерпретації результатів вимірювань досліджуваного зразка. Застосування стандартів дозволяє отримати правильні результати аналізу.

На відтворюваність інструментальних методів крім загальних причин ( точності вимірювання, зважування та ін. )впливає стабільність роботи аналітичного приладу. Останнє залежить від постійності напруги електроживлення приладів, стабільності роботи детекторів. Постійність напруги електромережі забезпечують стабілізатори напруги, від яких йде живлення приладів. Стабільність роботи детекторів ( фотоелементів, термоелементів та ін.) підвищують різницевими ( диференціальними )  способами вимірювань. Диференціальна схема вимірювань передбачає використання двох детекторів – стандартного і вимірювального, реєструють в цих схемах різницевий сигнал. Іноді диференціальний спосіб здійснюють одним детектором, вимірюючи спочатку сигнал стандартного, потім досліджуваного зразка. Наприклад, в фотоколориметрах використовують два фотоелемента, на один із них поступає світловий промінь, який пройшов через розчинник або стандарт, на другий – через розчин визначуваної речовини. Різницевий сигнал фотоелементів посилюється і реєструється. В однопроменевих спектрофотометрах застосовують один фотоелемент.

У світловий потік спочатку вводять кювету з розчинником і проводять електричний сигнал фотоелемента до нуля, потім вимірюють поглинання розчину визначуваної речовини, отримуючи на шкалі приладу різницеві покази, зв’язані тільки з кількістю визначуваної речовини.

Для отримання точних результатів на приладі виконують не менше 3-5 вимірювань зразка, потім її обробляють методами математичної статистики. Точність інструментальних методів сильно коливається в залежності від методу. Найбільш високою точністю ( до 0,01% ) володіє кулонометрія, точність в межах 2-5% має більшість прямих інструментальних методів. Інструментальне титрування за своєю точністю порівнюється з хімічним титруванням (0,1% ).

 

Головний закон світлопоглинання

Практичне застосування фотометричного методу визначення концентрації речовин (іонів) у розчинах ґрунтується на головному законі світлопоглинання Бугера-Ламберта-Бера.

При проходженні монохроматичного світла з інтенсивністю ()  крізь шар однорідного розчину з товщиною () і концентрацією поглинаючих світло часток (С) частина світла поглинається (), розсіюється () та відбивається від стінок посуду (), тому інтенсивність світла, що пройшло (), менша, ніж  , тобто 

.

         Величини  і  достатньо малі (у порівнянні з ), тому їх значеннями можна знехтувати. Тоді

.

         Зменшення інтенсивності світла, що проходить крізь розчин, підкоряється закону Бугера –Ламберта- Бера:

 

^–С,

 де     – інтенсивність падаючого світла;

 – інтенсивність світла, що пройшло крізь шар розчину;

e – молярний коефіцієнт поглинання або молярний коефіцієнт екстинції, л/ моль· см, що характеризує власні властивості речовини поглинати світло певної довжини хвилі, залежить від природи речовини, довжини хвилі, температури й не залежить від концентрації;

С – молярна концентрація поглинаючої речовини, моль/л;

 – товщина поглинаючого шару (товщина кювети), см.

        

У логарифмічній формі рівняння (1) має вигляд

 –eС або   eС.

         Здатність розчинів пропускати монохроматичне світло характеризується коефіцієнтом пропускання або просто пропусканням (Т) і розраховується як

                                      (у долях) або   .

         Здатність розчинів поглинати світло характеризується оптичною густиною (D) і розраховується як

 .

         Беручи до уваги рівняння (2) і (4) отримуємо рівняння закону Бугера-Ламберта- Бера у формі, придатній для практичного застосування

 

D = eC.

         Закон Бугера-Ламберта-Бера: оптична густина розчину з певною товщиною поглинаючого шару прямо пропорційна концентрації розчину.

         Графічно залежність D від С має вигляд прямої, що проходить через початок координат.

         Закон Бугера-Ламберта-Бера придатний для застосування при виконанні таких умов і обмежень:

 

1.                 Світло повинно бути монохроматичним, а його потік паралельним.

2.                 Закон придатний тільки для розбавлених розчинів (< 0,01М).

3.                 Температура вимірювань має бути незмінною.

При даній довжині хвилі повинні поглинати тільки частки одного виду, тобто при зміні концентрації, в розчині не повинні проходити побічні реакції (гідроліз, дисоціація, асоціація, тощо), які приводять до паралельного утворення продуктів, що поглинають світло.

Практичне вимірювання поглинання світла

 

         Вимірювання пропускання Т або поглинання (D) проводять за допомогою абсорбційних приладів – фотоелектроколориметрів (ФЕК і ЛМФ) у видимій частині спектру і спектрофотометрів – у УФ-, видимій – і- ІЧ – частинах спектру. Ці прилади мають схожу конструкцію і відрізняються тільки способом монохроматизації. Головними конструктивними вузлами цих приладів є:

1. Джерело випромінювання. Залежно від робочого діапазону приладів і цілей дослідження розрізняють такі джерела випромінювання:

а) лампа розжарювання – застосовується в діапазоні хвиль 350-3500 нм;

б) воднева лампа – застосовується в діапазоні хвиль 220-350 нм.

         2. Система лінз, дзеркал, діафрагм – потрібні для створення паралельності потоку випромінювання.

         3. Монохроматор – пристрій для вибіркового виділення потоку світла певної довжини хвилі (монохроматизація). У фотоелектроколориметрах для монохроматизації використовують скляні абсорбційні світлофільтри, що здатні вибірково пропускати випромінювання досить вузької ділянки спектру нм). У спектрофотометрах використовують монохроматори, які дають більш високий ступінь монохроматизації ( нм), – це диспергуючі призми або дифракційні гратки.

4. Оптика. При роботі у видимій і ближній ІЧ – частинах спектру всі оптичні деталі й кювети скляні. При роботі в УФ- частині спектру застосовують кварцеву оптику і кювети.

         5. Фотоелемент (приймач випромінювання) – використовується для перетворення енергії світла в електричну енергію. Це металічна пластина, на яку напиляють шар напівпровідника (селен, сірчисте срібло). Потік світла, що падає на фотоелемент, збуджує в ньому електричний струм (фотострум). Сила фотоструму пропорційна інтенсивності потоку світла.  

         6. Прилад-індикатор (міліамперметр) – для реєстрації фотоструму. Шкала міліамперметра градуйована в одиницях пропускання Т.

         Вимірювання пропускання Т абсорбційними приладами грунтується на порівнянні сигналу від розчину, що досліджується, з сигналом від розчину, світлопоглинання якого дорівнює нулю (розчин порівняння).

Залежності від способу вимірювання розрізняють одно – і двопроменеві прилади.

Основні прийоми фотометричних вимірювань

Метод градуювального графіка.

 Відповідно до закону Бугера – Ламберта – Бера графік в координатах А – з повинен бути лине і пряма повинна проходити через початок координат. Для побудови такого графіка достатньо однієї експериментальної точки. Однак градуювальний графік зазвичай будують не менш ніж по трьох точках, що підвищує точність і надійність визначень. При відхиленнях від закону Бугера – Ламберта – Бера, тобто при порушенні лінійної залежності A від c, кількість точок на графіку має бути збільшене. Застосування градуювальних графіків є найбільш поширеним і точним методом фотометричних вимірювань. Основні обмеження методу пов’язані з труднощами приготування еталонних розчинів та обліком впливу так званих третіх компонентів, тобто компонентів, які знаходяться в пробі, самі не визначаються, але на результат впливають.

Метод молярного коефіцієнта поглинання.

 При роботі за цим методом визначають оптичну щільність декількох стандартних розчинів A ст, для кожного розчину розраховують  і отримане значення ε усереднюють. Потім вимірюють оптичну щільність аналізованого розчину A x.

 Обмеженням методу є обов’язкове підпорядкування аналізованої системи законом Бугера – Ламберта – Бера, принаймні, в області досліджуваних концентрацій.

Метод добавок.

 Цей метод застосовують при аналізі розчинів складного складу, так як він дозволяє автоматично врахувати вплив «третіх» компонентів. Сутність його полягає в наступному. Спочатку визначають оптичну щільність A x  аналізованого розчину, що містить визначається компонент невідомої концентрації c x  , А потім в аналізований розчин додають відому кількість визначається компонента (з ст) і знову вимірюють оптичну щільність A x + ct.

 Концентрацію аналізованого речовини в методі добавок можна знайти також за графіком в координатах A x + ст = f (c ст). Рівняння (18) показує, що якщо відкладати A x + ct як функцію з ст, то вийде пряма, екстраполяція якої до перетину з віссю абсцис дасть відрізок, рівний – c x  .

 

Диференціальна спектрофотометрія (фотометрія)

Якщо світлопоглинання аналізованого розчину вимірюють по відношенню до середовища порівняння (розчин порівняння, діафрагма, оптичний клин), оптична щільність А якої істотно більше нуля (наприклад, А = 0,1-1,0), то такий спектрофотометричний метод називають диференціальної спектрофотометрі, або диференціальним фотометричним аналізом.

Одне з основних достоїнств диференціальної спектрофотометрії полягає в зменшенні помилки спектрофотометричних визначень. Тому диференціальну спектрофотометрію іноді називають прецизійної спектрофотометрі.

Диференціальна спектрофотометрія використовується, зокрема, при отриманні ІК спектрів поглинання таких речовин, у яких спостерігається велика спільна розсіювання світла, внаслідок чого світлопропускання в ГИК області сильно знижується (іноді до 10-20%), спектри мають брудний, смуги поглинання важко ідентифікуються. Для усунення цього явища в канал порівняння вводять діафрагму, що перекриває частину світлового потоку. При цьому шкала пропускання розширюється і ІК спектри поглинання виходять більш чіткими, смуги поглинання ідентифікуються надійно.

Серед різних варіантів диференціальної спектрофотометрії в аналітичній практиці поширений простий спосіб, коли оптичну щільність аналізованого розчину вимірюють по відношенню до розчину порівняння, який містить той же обумовлений речовина, що й аналізований розчин, але з дещо меншою концентрацією. У цьому випадку вимірюється відносна оптична щільність А _х дорівнює різниці оптичної щільності аналізованого розчину і оптичної щільності А ₀ розчину порівняння.

Метод використовують тоді, коли концентрація розчину – велика (десятки відсотків) і оптична щільність – висока. При високої оптичної щільності зростає помилка безпосередніх спектрофотометричних визначень. Застосування ж розчину порівняння, також містить визначувану речовину, дозволяє зменшити вимірювану відносну оптичну щільність А _х аналізованого розчину, розширити протяжність шкали светопропускания і знизити помилку визначень до кількох десятих часток відсотка.

Найменшу помилку отримують тоді, коли різниця оптичної щільності вимірюваного розчину і розчину порівняння мінімальна, а оптична щільність розчину порівняння – висока, аж до А = 1. Однак на практиці все ж доводиться уникати застосування розчину порівняння з дуже високим светопоглощенієм, так як при цьому зменшується енергія світлового потоку, що попадає в приймач випромінювання, внаслідок чого робота приймача випромінювання стає менш стійкою, зменшується відношення сигнал: шум (рівень шумів обумовлений особливостями конструкції спектрофотометра ). Для збільшення енергії світлового потоку доводиться збільшувати ширину щілини спектрофотометра.

Суть методу полягає в наступному. Готують ряд (п’ять-десять) еталонних розчинів визначуваної речовини з різною, точно заданою концентрацією з _0, з _1, с _2, …, з _n. Спочатку при обраній довжині хвилі в обидва канали спектрофотометра поміщають однакові кювети з одним і тим же еталонним розчином (концентрація визначуваної речовини дорівнює з _0), щодо якого будуть проводити наступні вимірювання, і встановлюють шкалу оптичної щільності в положення А = 0.

Потім при тій же постійної аналітичної довжині хвилі вимірюють оптичну щільність А _i (i = 1, 2, …; n) кожного еталонного розчину і оптичну щільність А _х аналізованого розчину щодо еталонного розчину з концентрацією с ₀ і власної оптичної щільністю А ₀ ( щодо чистого розчинника), після чого знаходять концентрацію з _х визначуваної речовини в аналізованому розчині наступними способами.

Розрахунковий спосіб. При цьому способі передбачається здійснимість основного закону світлопоглинання. Відповідно до цього закону можна написати:

А _х = e l (з _х – з _0),

c _x – c ₀ = A _x / e l,

c _x = c ₀ + A _x / e l

де e – молярний коефіцієнт погашення визначуваної речовини, l – товщина поглинаючого шару. Якщо ввести фактор перерахунку

F = l / e l,

то останнє рівняння можна переписати у вигляді:

c _x = c ₀ + F A _x

Це рівняння і використовують для розрахунку концентрації з _х визначуваної речовини на підставі вимірювання А _х і при відомій концентрації з ₀ еталонного розчину порівняння.

 

Рис. 4. Градуювальний графік у методі диференційної спектрофотометрії для знаходження концентрації з _х визначуваної речовини в розчині по виміряної оптичної щільності А _х

Фактор перерахунку F знаходять за результатами вимірювань оптичної щільності А _i еталонних розчинів щодо еталонного розчину з концентрацією с _0:

А _i = E l (з _i – з _0),

F = 1 / e l = (c _i – c ₀₎ / A _i

Спосіб градуювального графіка. За отриманими експериментальним значенням A _i будують градуювальний графік, відкладаючи по осі абсцис відомі величини концентрації еталонних розчинів з _i, а по осі ординат – значення оптичної щільності А _i еталонних розчинів, виміряної щодо еталонного розчину з концентрацією з ₀ (рис. 4). За цим графіком, знаючи виміряне значення А _х, знаходять концентрацію з_х визначається розчину.

Часто будують серію градуювальних графіків, використовуючи кожен раз як розчин порівняння еталонний розчин з поступово збільшується концентрацією визначуваної речовини, з тим щоб підібрати такий розчин порівняння, концентрація якого була б найбільш близькою до концентрації аналізованого розчину.

Способом градуювального графіка можна користуватися і тоді, коли спостерігаються відхилення від основного закону світлопоглинання.

Диференціальна спектрофотометрія в різних варіантах застосовується при визначенні ряду металів і неметалів, органічних сполук, лікарських речовин. Так, розроблені варіанти аналізу методом диференціальної спектрофотометрії багатьох двокомпонентних сумішей лікарських речовин: кофеїн і аспірин, кофеїн і амідопірин, кофеїн і фенацетин, теобромін і барбаміл, теофілін та барбаміл, папаверину гідрохлорид і дибазол, папаверину гідрохлорид і кислота нікотинова – і т. д.

 

 

Визначення перманганату і біхромату при сумісній присутності

 

1.Вивчення світлопоглинання розчинів КMnO₄ і К₂Cr₂O₇

 

У дві мірні колби місткістю 100 мл поміщають – в одну 2,00 мл 0,01 моль/л розчину КMnO₄, а в другу 2,00 мл 0,01 моль/л розчину К₂Cr₂O₇. В обидві колби додають по 20,0 мл нітратної кислоти (1:3) і водою доводять до мітки. Розчини поміщають в кювети з товщиною шару 1 см і вимірюють оптичну густину розчинів почергово в діапазоні довжин хвиль 350 – 600 нм. В якості розчину порівняння використовують воду. Будують електронні спектри поглинання обох розчинів в координатах оптична густина – довжина хвилі.

За абсорбційними спектрами знаходять l₁ і l₂ при яких спостерігається максимальне світлопоглинання відповідно для КMnO₄ і К₂Cr₂O₇, але так, щоб в області l₁ поглинання розчину К₂Cr₂O₇ було близьке до нуля.

 

2. Побудова градуювальних графіків

 

При обраних l₁ і l₂ будують градуювальні графіки для КMnO₄. Відбирають по 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мл 0,01 моль/ розчину КMnO₄ в мірні колби місткістю 100 мл, додають 20 мл нітратної кислоти (1:3) в кожну і розводять водою до мітки. Вимірюють оптичну густину розчинів при довжині хвилі l₁ і l₂,, застосовуючи в якості розчину порівняння воду.

При довжині хвилі l₂ будують градуювальний графік для розчину К₂Cr₂O₇. Відбирають 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мл 0,01 моль/л розчину К₂Cr₂O₇ в мірні колби місткістю 100 мл, додають 20 мл нітратної кислоти (1:3) в кожну і розводять водою до мітки. Вимірюють оптичну густину розчинів при довжині хвилі l₂, застосовуючи в якості розчину порівняння воду.

3. Визначення вмісту калій перманганату і калій біхромату при сумісній присутності.

До отриманої задачі, яка містила суміш КMnO₄ і К₂Cr₂O₇, додають 20 мл нітратної кислоти (1:3) і розводять водою до мітки. Вимірюють оптичну густину розчину при l₁ і l₂ : А_l1 і А_l2. За отриманим значенням А_l1 і градуювальним графіком для розчину КMnO₄ при l₁ розраховують вміст калій перманганату (мг) в суміші і знаходять значення оптичної густини розчину перманганату при довжині хвилі l₂ : . За отриманим значенням А_l2 суміші і знайденим  знаходять оптичну густину лише розчину К₂Cr₂O₇:  За знайденим значенням   розраховують вміст калій біхромату в суміші (в мг).

 

Визначеня вмісту суми флавоноїдів в настоянках глоду, нагідок, кропиви собачої.

Аліквотну частину настоянки (7 мл настоянки глоду або 0,5 мл настоянки нагідок, або 2,0 мл настоянки кропиви собачої) поміщають в мірну колбу місткістю 25,0 мл, додають 10 мл 70% розчину спирту, 2 мл 5% спиртового розчину алюміній хлориду і нагрівають на киплячій водяній бані до кипіння. Отриманий розчин охолоджують, додають до нього 0,1 мл льодяної ацетатної кислоти, доводять об’єм розчину 70% спиртом до мітки і перемішують.

Вимірюють оптичну густину отриманого розчину при довжині хвилі 408 нм в кюветі з товщиною шару 1 см, використовуючи в якості розчину порівняння розчин, який містить аліквотну частину настоянки, 10 мл 70% розчину спирту і оброблений аналогічно досліджуваному, починаючи зі слів: “… і нагрівають на киплячій водяній бані …”.

За результатами вимірювань розраховують вміст суми флавоноїдів в перерахунку на рутин у %, враховуючи, що питомий показник поглинання комплексу рутину з алюміній хлоридом при 408 нм становить 218.

В настоянці глоду вміст суми флавоноїдів повинен бути не меншим 0,005%, нагідок – 0,07%, кропиви собачої – 0,04%.

Флавоноїди – гетероциклічні сполуки, оксіпроізводних флавону, погано розчиняються у воді. Флавоноїди мають різне забарвлення, в залежності від структури і ступеня окислення діляться на антоціани, антоцианідіни, лейкоантоціанідіни, катехіни, флавоноли, флавонони та ін Флавоноїдні з’єднання – типові рослинні барвники, вони не утворюються в тваринному організмі, а знаходяться в рослинах у вільному стані в вигляді глікозидів.

В даний час відомо більше 24 груп різних природних флавоноїдних сполук, що відрізняються різноманіттям (ізофлавоноїди, нео-і біофлавоноїди, флавоноїдної глікозиди), зумовленим набором Сахаров – вуглеводів: d-глюкоза, d-галактоза, d-ксилоза, d-глюкуронова кислота, а -Рамноза, a-арабіноза. До антоцианидинов відносяться пеларгонідін жовтувато-червоного відтінку, ціанідин фіолетового і дельфінідіна синювато-червоного відтінку.У дикорослих плодових рослинах широко поширені лейкоантоціанідіни (лейкоціанідін, лейкодельфінідін, лейкопеларгонідін), до них хімічно близькі рослинні катехіни. Флавоноїди (флавони, халкони, флавоноли, флавонони та їх похідні) є основними представниками Р-вітамінактівних речовин, вони генетично пов’язані між собою, не отруйні. Найбільш окислені з флавоноїдів флавони і флавоноли, в плодах містяться у вигляді глікозидів. Флавонони поширені в сімействі розоцвітих, ізофлавоноїди і ізофлавони – переважно в бобових. Основою забарвлення більшості плодів (фіолетового, синьою, червоною, рожевою, бордовою) є антоціани, що знаходяться в листі, квітках і плодах вищих рослин. Виділено 6 основних антоцианидинов: ціанідин, дельфінідіна, пеларгонідін, петунідін, пеонідін, мальвідін. Відомі 20 антоціанів і 40 фенольних глікозидів. Особливо багаті флавоноїдами представники сімейств гречаних, розоцвітих, бобових, зонтичних, складноцвітих. Завдяки високій біологічній активності флавонові сполуки беруть участь в ряді фізіологічних процесів, піддаючись біохімічним змінам. Є багато даних про різнобічному вплив флавонолів на організм в залежності від їх структури. Флавоноїди здатні зв’язувати метали в міцні комплекси, іони заліза і міді катализируют в крові окислення адреналіну. Найбільш висока Р-вітамінна активність з поліфенолів відзначена у катехінів (епікатехін), вона вища, ніж у рутина і його розчинних комплексах. Флавоноїдної з’єднання відрізняються різноманіттям фармакологічної дії і формою терапевтичного застосування. В організмі людини вони діють як антиоксидантну, протипроменевого, спазмолітичну, антіязвенний, протипухлинну, протизапальну, ранозагоювальну, гіпотензивну, естрогенну, бактерицидну, маточне, сечогінний засіб. Відзначено позитивний вплив похідних флавонолів, катехінів і антоціанів (кверцетин, лейкоантоціани, рутин, комплекс катехінів чаю, мірицетин, пеларгонії) на серцево-судинну систему, органи травлення. Багато з цих речовин збільшують амплітуду і силу серцевих скорочень, хвилинний об’єм крові, відновлюють роботу серця при перевтомі і отруєннях хлороформом, хініном, метанолом, нормалізують порушений ритм. Флавоноїди – гіперозид, кверцетин, кемпферол, флакразід, сума поліфенолів квіток глоду надають коронарнорасшіряющее дію. Великі дози рослинних поліфенолів пригнічують діяльність серця і короткочасно знижують артеріальний тиск, внаслідок розширення судин черевної порожнини. Гіпотензивна дія флавоноїди – цитрин, пеларгонії, геспередин, флавоноїди коричника, щавлю, солодки, катехінів чаю, безпосередньо впливаючи на мускулатуру серця і судин; збуджують серцеву діяльність (мірицетин, кверцетагенін, ізорамнетін). Відзначено різнобічний вплив флавоноїдів на слизову оболонку, моторну, секреторну і всмоктувальної функції травного каналу. В’язкі властивості катехінів і конденсованих поліфенолів схожі з дією дубильних речовин, сприяють зменшенню роздратування, прискорюють загоєння ерозій і виразок на слизовій оболонці різних відділів шлунково-кишкового тракту. Проявляемое флавонолами і флавонами (апігенін, кверцетин, рутин) протизапальну і спазмолітичну міотропну (як у папаверину) дія на неісчерченних гладку м’язову тканину шлунка, кишечника, бронхів, жовчного міхура, жовчовивідних шляхів вказує на важливу роль рослинних препаратів як противиразкової фактора. Катехіни, рутин, кверцетин надають двофазне міотропну дію на неісчерченних м’язову тканину кишечника і матки – короткочасне зниження тонусу змінюється його хвилеподібним підвищенням. На секреторну функцію шлунка і кишечника більшість флавоноїдів не впливає. Антитоксичний ефект і дію на секреторну функцію печінки проявляють флавоноїди м’яти перцевої, артишоку, плодів шипшини, квіток безсмертника, катехіни чаю, захищаючи ці органи від пошкоджуючої токсичного впливу деяких хімічних речовин – чотирихлористого вуглецю, бензолу, новарсенола хлороформу, хініну, етанолу, малахітової зелені і ін У механізм антитоксического дії флавоноїдів входить ущільнення судинно-тканинних мембран, збереження рівня ендогенної аскорбінової кислоти і глікогену печінки, кількість якого під впливом кверцетину, лютеоліна та ін збільшується на 38,7-85,9%. Деякі поліфеноли застосовувалися як антидоти при отруєннях важкими металами, завдяки їх здатності до утворення комплексів з іонами металів, що володіють змінюється валентністю (мідь, залізо, цинк, марганець, кобальт). Один з важливих компонентів захисної дії рослинних поліфенолів – попередження накопичення ліпідів у печінці. У терапії бронхіальної астми може бути використано антисептичну вплив флавоноїду апігеніну, усуває бронхоспазм, викликаний гістаміном, ацетилхоліном, серотоніном. Виявлено ряд рослин з високою діуретичною активністю (репійничок, солодка гола, звіробій, плоди шипшини собачого тощо), що містять флавонові з’єднання та їх глікозиди: кверцетин, кемпферол, кверцитрин, рутин, гіперін і мірицетин, а також катехіни, що знижують діурез. Ряд поліфенолів рослинної природи, в тому числі і флавоноїди, що володіють радіопротекторну (протипроменевих і антиоксидантну) дію, використовується для лікування і профілактики променевих ушкоджень. Позитивний результат отримано при застосуванні цитрусового вітаміну Р (цитрину) для лікування крововиливів у сітківку ока, після променевої терапії, з приводу множинної мієломи, при лікуванні рентгенівських уражень шкіри (еритема, променевої дерматит) і слизових оболонок. У цих випадках отримано позитивний результат в 70% при застосуванні флавоноїдів кверцетину, катехінів чаю, а також рутина. Введення харчових антиоксидантів, рослинних поліфенолів, що збільшують окислювальну активність тканин, підвищує їх стійкість до дії радіації, гальмує вільнорадикальні реакції при злоякісному рості, опроміненні та старінні. Нормалізація рівня антиоксидантів в системах сприяє продовженню життя (правильному обміну в живих клітинах). Ліпіди, що входять до складу клітинних мембран, легко окислюються, переокислення їх веде до утворення токсичних продуктів, порушення обміну, пригнічення, аж до загибелі клітини. Нормалізація екзогенних антиоксидантів призводить до зникнення мітозу, злоякісного переродження, атеросклерозу. Встановлений синергізм аскорбінової кислоти з поліфенолами (флавоноїдами різних хімічних груп) показав, що антиокислювальні властивості рослинних поліфенолів є основою їх взаємодії з аскорбіновою кислотою. Антиоксидантну дію виявляють також гессіпетін, Морін, кверцетин, бактерицидну – рамнетін, Морін. Флавоноїди та інші рослинні поліфеноли, оберігаючи аскорбінову кислоту від окислення, спільно беруть участь з нею в ензиматичних процесах окислення і відновлення. Доведено, що рутин і аскорбінова кислота володіють незалежним капілляроукрепляющім дією, доповнюючи один одного. Такі флавоноїди, як рутин, кверцетин, гесперидин, цитрин тощо використовуються при лікуванні гіпертонії, геморагічного діатезу, променевого дерматиту, деякі з них регулюють роботу залоз внутрішньої секреції, здатні видаляти з організму радіоактивні речовини. Ряд фенольних сполук має протипухлинну активність (госипол, лейкоціанідін, лейкопеларгонідін, лейкоантоціанідін, лейкодедьфінідін, кверцетин), безпосередньо впливаючи на пухлини, підвищує чутливість неопластичних тканин до променевого ураження, потенціює дію алкірующіх препаратів, знижує активність цитоплазматичної і мітохондральной фаз, особливо флавонол кверцетин, широко поширений в рослинах. Малігнізованих клітини при покритті своїх енергетичних потреб залежать більшою мірою від гліколізу, ніж нормальні, тому придушення останнього сильно пошкоджує пухлинну тканину. Помірна протипухлинна активність флавоноїдів самостійного значення не має. До складу багатьох рослин входять еллаговая кислота і її похідні (еллаготанінів), проявляють активність проти асцитної карциноми Ерліха та інших неоплазій. Механізм дії елагової кислоти – створення дефіциту кінінів в капілярах пухлини, що порушує її нормальне кровопостачання. В рослинній сировині флавоноїди представлені досить широко. Вони містяться в листі чаю (катехіни, флавоноли), шкірці цитрусових (флавонони, флавони), плодах шипшини (антоціани, флавони, флавоноли), плодах аронії чорноплідної (антоціани, флавони, флавоноли), квітках гречки, софори та інших рослин (флавони, флавоноли), листі подорожника, глоду, каштану, дуба (флавони, флавоноли), плодах чорниці, калини, суниці, малини, ірги, вишні, черемхи, смородини чорної, бузини чорної, винограду амурського, глоду, шовковиці чорної. Значна кількість поліфенолів мають груша дика, айва звичайна, барбарис, шефердія срібляста. Дикорослі плоди і ягоди є природними коморами флавоноїдів, багатим джерелом цих біологічно активних речовин.

 

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

а) Основні:  1. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. – М:Высшая школа, 2001. – С.340 – 341; 354-356, 375-376.

2. Кузьма Ю.Б., Чабан Н.Ф., Ломницька Я.Ф. Аналітична хімія. – Львів: Видавництво «Центр» Львівського національного університету ім. І.Франка. – 2001. С. –

3.Пономарев В.Д. Аналитическая химия. ч. 2. – М.: Высшая школа, 1982. – С. 183-195.

4. Васильев В.П. Аналитическая химия. т. 2. – М.: Высшая школа, 1989. – С. 70-87.

5. Барковский В.Ф., Горелик С.М., Городенцева Т.Б. Физико-химические методы анализа. – М.: Высшая школа,1972. – С. 66-75.

б) Додаткові: 1. Крешков А.П. Основы аналитической химии. – М.: Химия, 1977.–С. 254-270.

2. Гайдукевич О.М., Болотов В.В. та ін. Аналітична хімія. – Харків “Основа”, 2000. – С. 312-322.