Спектральные методы

4.1. Основы методов.

Спектральные методы основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Взаимодействие сопровождается явлениями испускания, поглощения и рассеяния излучения. Возникающие сигналы несут качественную и количественную информацию о веществе. Качественную несет частота сигнала, связанная с природой вещества, количественную – интенсивность сигнала, зависящая от количества вещества.

Спектральные методы классифицируют:

По целям анализа:

– эмиссионные – исследуют излучательную способность вещества (атомная эмиссионная, видимая, ультрафиолетовая);

– абсорбционные – исследуют поглотительную способность вещества (атомно-абсорбционная).

– флуоресцентные – под действием излучения наблюдают флуоресценцию (свечение) вещества (люминоскопия).

По типам спектров:

– видимые – 190-380нм (стеклянная оптика);

– ультрафиолетовые – 380-780нм (кварцевая оптика);

– инфракрасные – 780-40000нм.

Спектрофотометрическое измерение в ультрафиолетовой и видимой областях спектров проводят в основном для сильно разбавленных растворов. Иногда анализируют вещества, находящиеся в парообразном или твердом состоянии. Анализируемое вещество предварительно растворяют в соответствующем растворителе.

В качестве растворителей используют воду, спирты, эфиры, предельные углеводороды.

Определение оптической плотности может быть проведено только для веществ, обладающих определенными особенностями строения (ароматических, соединений металлов). В их составе должны присутствовать группы атомов, содержащие не менее одной кратной связи, такие как, например, С=С, С≡С, С=О, С≡N, N=О, N=N, С=S, S=О, SО₂, NО₂. Такие группы, вызывающие поглощение в области 190-780 нм, называют хромофорными.

Данный метод находит применение для определения степени окисленности жиров, определения пектиновых веществ, фенольных соединений, алколоидов (кофеин, теобромин), антоцианов, катехинов.

Атомная спектрофотометрия позволяет определять количество минеральных элементов, включая и микроэлементы, в различных объектах: пищевых продуктах, реактивах, воде, биологических жидкостях и т.д.

Принцип метода заключается в следующем: атомы веществ, испаряемые в пламени, испускают или поглощают свет определенной длины волны. По интенсивности линий в спектре определяют количество элемента в веществе.

Различают атомную эмиссионную и атомную абсорбционную спектрофотометрию.

Для анализа пищевых продуктов наибольшее развитие приобрел метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Метод позволяет определять в продуктах такие элементы как Na, K, Mg, Ca, Cu, Zn, Sn, P, V, Se, Mo, Mn, Fe, Co, Ni и токсичные металлы Cd, Hg, B, Sb, As и др., концентрация которых в исследуемом растворе находится на уровне 1 мкг/мл.

Инфракрасная спектроскопия представляет собой один из новейших методов качественного и количественного анализа пищевых продуктов. Этот метод позволяет получать достаточно полную информацию о строении и составе органических веществ.

Инфракрасное излучение применяется для исследования жирно-кислотного состава молочных продуктов, для определения пестицидов, витаминов в пищевых продуктах, при анализе пищевых красителей, а также для контроля технологических процессов при переработке растительного и животного сырья.

Применение ИК-спектроскопии оказывается полезным в качестве дополнительного метода при проведении идентификации чистых веществ после хроматографического разделения сложных компонентов пищевых продуктов.

Инфракрасный спектр органического соединения является одним из наиболее однозначных физических свойств вещества. При этом совсем необязательно иметь образец известного соединения для сравнения с определяемым, а достаточно сопоставить полученный спектр с опубликованными кривыми поглощения. Однако для идентификации вещества необходимо знать, к какому классу органических соединений относится определяемое вещество.

Инфракрасная спектроскопия также основана на поглощении излучения. Спектр поглощения тесно связан со строением исследуемого вещества.

Колебания отдельных функциональных групп вызывают поглощение в строго определенных областях инфракрасного спектра. В спектрах поглощения молекул, содержащих такие группы атомов или связи, будет присутствовать несколько одинаковых полос, частоты поглощения которых называются характеристическими. Наличие таких характеристических полос позволяет определить присутствие в молекуле различных групп и установить ее строение.

Обнаружение характеристических частот составляет основу инфракрасной спектроскопии. Примером химических групп, имеющих характеристические полосы независимо от того, каким молекулам эти группы принадлежат, являются валентные колебания связей С–Н, С=О, С=С, О–Н и деформационные колебания С–Н, N–Н, NO₂, СНО, СОNН₂.

Основным условием проявления характеристических частот является существенное отличие параметров колебаний групп от параметров колебаний основного скелета молекулы. Этим объясняется высокая специфичность инфракрасного спектра любого органического соединения (“отпечатки пальцев”). При исследовании пищевых продуктов руководствуются справочниками с указанием основных аналитических линий поглощения функциональных групп.

Измеряют величину оптической плотности или коэффициент пропускания.

Дата добавления: 2014-01-04