Кратък преглед на методите за анализ на елементи
Таблица 1.Електромагнитен (ЕМ) спектър и аналитични методи за неговото изследване
Mössbauer (γ-резонансен) спектрометър
Фотоелектронен спектрометър (PES)
Рентгенов флуоресцентен спектрометър (XRF)
100-200 nm - вакуумен UV спектрофотометър
Видима светлина(400-750nm)
200-900 nm - оглед/UV спектрофотометър
Близък инфрачервен (IR)
Риман Раман, Raman) спектрометър
Далечен IR
Спектроскоп с електронен парамагнитен (спин) резонанс (EPR).
Спектроскоп за ядрено-магнитен резонанс (NMR).
Всички параметри на ЕМ спектъра са взаимосвързани:
1. Вълново число (ν -1) ("обратен сантиметър") = 1 / (дължина на вълната λ в m); 1/λ = ν/c, където λ е дължината на вълната в m, ν е честотата в Hz, s е скоростта на светлината (3×10 8 m/s).
2. Енергия на 1 мол фотони E = Nahν, където E - енергия в kJ / mol, Na - число на Авогадро, ν - честота в Hz, h - константа на Планк (= 6,26 × 10 -34 J / mol).
3. Видима светлина: 400-750 nm - виолетово, синьо, циан, зелено, жълто, оранжево, червено.
Таблица 2.Някои спектроскопски методи за изследване
Мьосбауер (γ-резонансна) спектроскопия
Абсорбцията на γ-лъчение от някои ядра ( 57 Fe, 197 Au) прави възможно определянето на химическата среда на атомите, включително степента на окисление
Фотоелектронна спектроскопия (PES)
Абсорбционна спектроскопия при изследване на енергийните състояния на запълнени атомни и молекулни орбитали
Електронна спектроскопия (оглед/UV спектроскопия)
Абсорбционната спектроскопия (100-200 nm - вакуум UV, 200-800 nm - близка UV и видима област на спектъра) се използва за изследване на преходите на електрони между енерг.нива в атоми и молекули
Използва се за елементен анализ, наблюдение на абсорбционни спектри на атоми в газовата фаза
Използва се за изследване на флуоресцентни, фосфоресциращи и луминесцентни вещества. Флуоресценцията е излъчване от някои вещества на светлина с дължина на вълната, по-голяма от абсорбираната UV или видима радиация.
Вариант на вибрационна спектроскопия в диапазона 200-4000 cm -1 . Използва се за идентифициране на вещества
IR спектроскопия в областта на вълнови числа под 200 cm -1
Raman (Raman scattering, Raman) спектроскопия
Вариант на вибрационна спектроскопия, който се различава от IR спектроскопията по това, че някои неактивни вибрации също се активират
Абсорбционна спектроскопия за изследване на ротационните спектри на молекулите
Електронна парамагнитна (спин) резонансна (EPR) спектроскопия
Използва се за изследване на вещества с един или повече несдвоени електрони
Спектроскопия с ядрено-магнитен резонанс (NMR)
Абсорбция или излъчване на радиочестотно лъчение за изследване на състоянието на ядрените завъртания при откриване на молекулни структури и изследване на динамичното поведение на вещества в разтвори и твърда фаза
1. Електронната, рентгеновата и неутронната дифракция, както и масспектрометрията не принадлежат към спектроскопските методи.
2. UV спектроскопията често се използва за определяне на концентрацията на разтвори в съответствие със закона на Lambert-Beer: количеството светлинна енергия, погълната от разтвора, е пропорционално на концентрацията на разтвореното вещество и дължината на светлинния път в това вещество. Използва се дължината на вълната от областта на спектъра, която даденото вещество поглъща най-силно.
Фиг. 1.Принципна схема на спектрометриелектромагнитно излъчване (EMR)
Най-достъпни са атомно-абсорбционната (AAS) и луминесцентната спектроскопия, пламъчната фотометрия, спектрофотометрията в инфрачервената (IR), видимата и ултравиолетовата (UV) области на спектъра, колориметрията, рентгеновата флуоресцентна спектроскопия (XRF), спектрополяриметрията се използва по-рядко. Недостатъците на тези оптични методи за анализ (пламъчна фотометрия, атомно-абсорбционна спектрометрия, спектрофотометрия): ниска чувствителност, трудоемкост на изследването, необходимост от сложна подготовка на пробите, ниска производителност.
Многоелементни методи: методът на неутронно активиране е много скъп и трудоемък, полярографският метод изисква голям обем и пълна минерализация на пробата, капилярната електрофореза и йонната хроматография се основават на други принципи на анализ и следователно изискват специално обучение на анализатора.
По отношение на ефективността и точността на анализа (граница на откриване, чувствителност и възпроизводимост), нито един от тези методи не може да се сравни с индуктивно свързаната атомно-емисионна спектрометрия върху аргонова плазма (ICP спектрометрия) - оптична емисионна спектроскопия (ICP-OES) или атомно-емисионна спектроскопия (ICP-AES), появила се през 70-те години, и с индуктивно свързана масова спектрометрия (ICP-MS = ICP-MS), или високочестотна плазмена мас спектрометрия, която се появява през 1983 г. (Mellon et al., 2000).
Понастоящем оптичната емисионна спектрометрия, базирана на аргонова плазма, не се препоръчва за медицинска употреба, тъй като при анализа възникват много смущаващи ефекти: спектрална интерференция („матричен ефект“) и припокриване на спектралните линии на някои важни елементи. Тези смущения водят до необходимостта от индивидуално калибриране на устройството за анализ на всеки обект, коетоизисква участието на висококвалифициран анализатор. Освен това е необходим относително голям обем на пробата, тъй като максималната чувствителност на този метод не надвишава 10 -8 g.
ICP-MS сега се превърна в най-разпространения метод за многоелементен анализ. Чувствителността на този метод за повечето елементи почти достига теоретичната граница на чувствителност на аналитичните методи (10 -14 g). Това дава възможност драстично да се намали обемът на пробата и процесът на подготовка на пробата - 0,1 ml капка кръв е достатъчна, за да се определят почти всички елементи от периодичната таблица, включително техните изотопи. Този метод се препоръчва за многоелементни анализи в медицината от Центровете за контрол и превенция на заболяванията в Атланта, САЩ (CDC).