ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ЛЮМІНЕСЦЕНТНОГО АНАЛІЗУ
РОЗДІЛ 2. ПРИЛАДИ ДЛЯ ЛЮМІНЕСЦЕНТНОГО АНАЛІЗУ
РОЗДІЛ 3. ВИДИ ЛЮМІНЕСЦЕНТНОГО АНАЛІЗУ
РОЗДІЛ 4. КІЛЬКІСНИЙ ТА ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ
ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ВСТУП
Люмінесцентний аналіз заснований на вимірюванні вторинного випромінювання, що виникає в результаті взаємодії ультрафіолетового випромінювання з визначальним компонентом. Зміст катіонів, що не володіють власною люмінесценцією, визначають за допомогою флуоресцентних реакцій комплексів катіонів з органічними реагентами. Для визначення змісту індію, галію, танталу і ін. Люмінесцентний метод аналізу заснований на порушенні електронних спектрів випускання молекул визначаємої речовини при зовнішньому УФ-опроміненні і вимірі інтенсивності їх фотолюмінесценції. Для виникнення явища люмінесценції молекули речовини необхідно перевести з основного стану в збуджений з тривалістю його існування, достатньою для здійснення радіаційного електронного переходу зі збудженого стану в основний. Це можливо для молекул з відносно стійким збудженим станом .
Люмінесцентний методи застосовують тоді, коли відсутні колориметричні методи, досить чутливі або досить виборчі щодо обумовленого елемента. В неорганічному аналізі найчастіше виділяють іони металів у вигляді їх флуоресціюючих комплексів з органічними аддендів у водному розчині або після екстракції органічними розчинниками.
В даній роботі ми розглянемо та проаналізуємо систему флуориметрії, розглянути прилади для люмінісцентції та на їх основі розробити структурну та функціональну схеми для даних типів приладів.
РОЗДІЛ 1. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ЛЮМІНЕСЦЕНТНОГО АНАЛІЗУ
Історія люмінесцентного аналізу пов'язана з розвитком навчання про люмінесценцію взагалі.
Початок розвитку цього методу відноситься до глибокої старовини. Віками люди спостерігали за світінням у темряві гнилого дерева, комах, однак природа цього явища тривалий час залишалася нерозкритої. Рукописні зведення про люмінесценцію починаються з Каскаріоло, що у 1604 р. синтезував першу штучну речовину здатну до люмінесценції (болонский фосфор).
Пізніше алхіміки відкрили цілий ряд мінералів, що світяться в темряві. Досвід обмежувався якісними спостереженнями і складанням хімічних рецептів фосфорів.
Перший крок у дослідженні люмінесценції зробив російський академік В. В. Петров. Він вивчав біологічну тканину (гниюче м'ясо, рибу та ін.) і підійшов до проблеми світіння винятково з хімічної точки зору. На підставі цих дослідів В.В. Петрову вдалося відокремити хемілюмінесценцію від фотолюмінісценції.
Гершель у 1800 р. відкрив інфрачервоні промені. Це навело на думку про те, що до фіолетової частини спектра примикає область невидимих променів, що незабаром були виділені і названі ультрафіолетовими. В.В.Петров у 1802 р. винайшов дугову лампу, що являлася могутнім джерелом ультрафіолетових променів. Наприкінці XІХ ст. з'являються перші дисертаційні роботи з застосування люмінесцентного аналізу, що стосуються вивчення біологічних об'єктів.
У 1903 р. Вуд запропонував виділяти потрібний для люмінесценції спектр променів, використовуючи для цього спеціальний фільтр. Користуючись цим фільтром, автор вивчав флуоресценцію шкіри, волосся, зубів. У 1918 р. він описав флуоресценцію кришталика ока людини.
Справжнім поштовхом до практичного застосування люмінесцентного аналізу в медицині і біології варто вважати введення в методику дослідження скляних фільтрів, поява кварцових ламп, а згодом і винахід зручної аналітичної лампи. Перший патент на ртутну лампу низького тиску отриманий російським професором Рєп’євим. У 1925 р. фірма "Hanay" використовувала чорне скло в аналітичній кварцовій лампі. Вітчизняна промисловість випустила кольорові скельця марки УФС, призначені для виділення ультрафіолетового випромінювання.
Із створенням компактної апаратури різко збільшилося число робіт з люмінесцентного аналізу в біології і медицині. Метод виявився особливо коштовним у тих випадках, коли характер завдань, що вирішуються, вимагав використовувати специфічні переваги люмінесцентного аналізу й у першу чергу його велику чутливість.
З 20-х років ХХ ст. посилено розвивається наукове вивчення власного світіння (первинної люмінесценції) біологічних тканин.
У цей період дослідники користалися найбільш простим і легко доступним прийомом – безпосереднім спостереженням люмінесценції досліджуваного об'єкту.
Оскільки теоретичні уявлення про люмінесценцію ще тільки формувались, те і розвиток люмінесцентного аналізу в хірургії йшло в основному методом експериментів. У цей період широко вивчається власне світіння тканин і органів, вилучених при операції. Відкрите положення і доступність зовнішніх покривів дозволили досліджувати патологічні процеси, що локалізуються в шкірі.
Успіх сучасного люмінесцентного дослідження значною мірою пов'язаний із застосуванням флуоресцеїну, а ефективність люмінесцентного дослідження – з можливістю створення достатньої концентрації флуорохрому в ураженій тканині. Останнє ж залежить від способів уведення флуорохрому, тому що кожний з них у неоднаковому ступені забезпечує досягнення необхідної концентрації препарату у вогнищі ураження й у крові.
Метод з успіхом застосовується в нейрохірургії: у діагностиці запальних процесів головного мозку і мозкових оболонок. Г.М. Локтіонов, а також закордонні вчені використовували прижиттєве флуорохромірування для виявлення пухлин мозку під час операції. Г.Д. Князєва й ін. вивчали стан гемато-энцефалічного бар'єру при повітряній емболії мозку під час операції на серце, використовуючи флуоресцентний індикатор. Хофман і ін. повідомили про механізм проникнення флуоресцеїну через гемато-энцефалічний бар'єр.
Серед інших досліджень заслуженим успіхом стала користуватися люмінесцентна мікроскопія, що відноситься до більш тонких методів вивчення структури, біофізико-хімічного і функціонального стану клітки.
Люмінесцентний метод дозволяє виявляти кислі мукополісахариди і різні компоненти тканин, зокрема альдегіди і кетони, глікоген, жир, кальцій.
Люмінесцентний аналіз набув широкого застосування в санітарії і гігієні, судовій медицині, а також у фармакології.
РОЗДІЛ 2. ПРИЛАДИ ДЛЯ ЛЮМІНЕСЦЕНТНОГО АНАЛІЗУ
Апаратура для люмінесцентних досліджень повинна бути портативною, зручною, повинна забезпечувати проведення діагностичних спостережень у будь-яких умовах, мати оптико-світлотехнічну систему для концентрації випромінювання на визначену ділянку.
Основними вузлами апаратури для люмінесцентного аналізу є освітлювач із світлофільтрами, кювети, діафрагми і пристрій для вимірювання інтенсивності свічення. Освітлювачем для люмінесцентного аналізу, як правило, використовують ртутні лампи. Приймачем виступає фотоелемент або фото помножувач. Принципова схема лабораторного флуориметра ЄФ-ЗМ, призначеного для кількісного аналізу вітамінів та інших люмінесціюючих речовин, показана на мал. 1.
1. кварцова лампа;
2. діафрагма;
3. заслінка;
4. фільтр;
5. кварцова оптика;
6. посудина з досліджуваним розчином;
7. кварцова оптика;
8. світлофільтри;
Мал. 1. Схема лабораторного флуориметра ЄФ-3М
Світло від кварцової лампи 1, проходячи через діафрагму 2, світлофільтр 4 і кварцову оптику 5, потрапляє на посудину з досліджуваним розчином. Люмінесцентне свічення досліджуваного розчину проходить через кварцову оптику 7, вторинні світлофільтри 8, потрапляє на фотоелемент Покази мікроамперметра прямо пропорційні концентрації люмінесціюючої речовини
Метод люмінесцентного аналізу в медицині став більш успішно розроблятися з розвитком вивчення вторинної люмінесценції. Остання представляє світіння, що виникає після зафарбування тканин спеціальними барвниками – фото люмінофорами. Органічні фотолюмінофори, що випромінюють під дією ультрафіолетових чи променів видимої частини спектра, часто називають флуоресцентними барвниками, чи флуорохромами.
Розглядаючи численні роботи з люмінесцентного аналізу в медицині, прийшли до висновку, що основним і самим коштовної флуорохромом є флуоресцеїн. Флуоресцеїн (диоксифлуоран) (C20H12O5) – органічну сполуку, барвник групи трифенілметанових, червоний кристалічний порошок, розчиняється в спирті, ефірі і водяних лугах. Назва "флуоресцеїн" дано сполуці тому, що в лужних розчинах він має сильну флуоресценцію (у концентраціях до 1 : 2000000).
Отримують флуоресцеїн при нагріванні фталевого ангідриду з резорцином. У лужному середовищі оптимальна концентрація його 0,8 г/л, колір флуоресценції жовто-зелений, відносна яскравість 0,26 нт.
Флуоресцеїн майже нерозчинний у воді, тому для парентерального введення цього препарату застосовують його натрієву сіль. Флуоресцеїн – один з найбільше яскраво світних флуорохромів.
Енергетичний вихід світіння при кімнатній температурі у флуоресцеина досягає 70-71%.
Препарат не токсичний і усебічно вивчений експериментаторами і клініцистами.
Він допущений для застосування в клініці Міжнародною фармакопеєю, фармацевтами США, Великобританії й інших країн.
Однак, даючи повну й об'єктивну характеристику препарату, слід зазначити, що він має побічні ефекти, що часом небажані і вимагають своєчасного усунення.
Нудота і рвота – найбільш часті ускладнення, що виникають при люмінесцентному дослідженні з флуоресцеїном, особливо при внутрішньовенному і внутріартеріальному введенні препарату.
Однак вони легко знімаються зменшенням дози препарату, уповільненням швидкості введення його в судинне русло.
РОЗДІЛ 3. ВИДИ ЛЮМІНЕСЦЕНТНОГО АНАЛІЗУ
Люмінесцентний аналіз поділяють на два види: макроаналіз, коли спостереження за випромінюванням ведуть неозброєним оком і мікроаналіз, коли спектри випромінювання досліджуються за допомогою спектральних приладів.
Макроаналіз застосовується при перевірці якості і сортування харчових продуктів, наприклад, для виявлення початкової стадії псування харчових продуктів. Зокрема, свіжа риба не люмінесціює, злегка зіпсована - випускає блакитне світіння, а сильно зіпсована - жовте і червоне.
Флуоресценцію визначають в розчинах з концентрацією від 10-5 М і менш, в діапазоні, для якого спостерігається пряма залежність інтенсивності флуоресценції від концентрації. При більш високих концентраціях все більш значна частина надходить світла абсорбується зразком поблизу поверхні кювети, і лінійна залежність величини сигналу від концентрації що визначається речовини порушується.
Всі виміри інтенсивності флуоресценції повинні бути скоректовані з розчинником.
Інтенсивність флуоресценції залежить від:
- температури;
- розчинника;
- величини рН випробуваного розчину;
- присутності в розчині сторонніх часток; - концентрації кисню в випробуваному розчині; - стороннього освітлення.
Ефективність флуоресценції обернено пропорційна температурі. Для деяких речовин 2 % ефективність флуоресценції може знижуватися на 1 при підвищенні температури на 1°С. У таких випадках потрібно термостатування зразків.
Інтенсивність флуоресценції обернено пропорційна концентрації кисню, що є сильнодіючим гасителем флуоресценції. За ступенем гасіння флуоресценції можна визначати концентрацію кисню в навколишньому середовищі. Для видалення кисню через випробуваний зразок пропускають азот або гелій.
Більшість флуоресціюючих речовин чутливо до світла. Під час опромінення у флуориметрі вони можуть піддаватися фото розкладанню з утворенням інших флуоресціюючих продуктів. Такі ефекти виявляються при спостереженні за відгуком детектора в часі і можуть бути знижені шляхом приглушення світла за допомогою світлофільтрів або екранів.
РОЗДІЛ 4. КІЛЬКІСНИЙ ТА ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ
Власна люмінесценція характерна для органічних сполук: вітамінів, порфіринів, адреналіну та канцерогенних речовин (нафталін, фенантрен, 3,4-бензпірен).
Таблиця. Власна люмінесценція органічних речовин
| №п/п | Речовина | Люмінесценція, колір |
| 1 | Вазелінова олія | Світло-бузковий |
| 2 | парафін | Світло-блакитний |
| 3 | каніфоль | Світло-синій |
| 4 | Соснова смола | Темно-зелений з жовтим відтінком |
| 5 | Мінеральна олія | Світло-синій |
| 6 | Очищений асфальт | Темно-жовтий або коричневий |
Власну люмінесценцію проявляють солі рідкоземельних елементів, особливо лантаноїди, люмінесценцію мають Талій(І), Sn (II), Sb(III), Bi(III), In(III) та інші.
Для якісного аналізу використовують також реакції утворення комплексних сполук неорганічних іонів з органічними реагентами, які люмінесціюють:
Li, Al з 8-оксихіноліном утворюють сполуки з характерною люмінесценцією;
Ве з морином утворює комплекс яскраво-зеленого кольору.
Na-Zn-уранілацетат люмінесціює зеленувато-жовтим кольором.
В якісному аналізі використовують також зміну кольору або гасіння люмінесценції під дією речовини, що визначають.
За інтенсивністю люмінесценції кристалофосфорів знаходять елементи-домішки.
Так, готують кристалофосфори на основі CaO і визначають домішки:
Кількісний аналіз базується на залежності:
Ілюм = kC.
В практиці використовують калібрувальний графік або метод добавок для визначення концентрацій речовин.
Для аналітичної хімії найбільше значення має фотолюмінесценція та хемілюмінесценція.
В титриметричних методах аналізу використовують люмінесцентні індикатори для аналізу мутних і забарвлених розчинів (вина, соки). Їх використовують в реакціях протолітичних, окисно-відновних, коплексоутворення.
Так, Си2+ титрують флуорексоном в присутності Ni,Fe,Mn та інших в розчинах, які містять 0,01-0,1 мкг/мл Сu.
Відомі такі люмінесцентні індикатори.
Суттєво збільшується люмінесценція речовин при заморожуванні, що використовують в люмінесцентному аналізі.
Приклад: при охолодженні до -196°С розчин, який містить Pb в концентрованій НСl, дає фіолетове забарвлення.
ВИСНОВКИ
Люмінесцентний аналіз заснований на вимірюванні вторинного випромінювання, що виникає в результаті взаємодії ультрафіолетового випромінювання з визначальним компонентом. Зміст катіонів, що не володіють власною люмінесценцією, визначають за допомогою флуоресцентних реакцій комплексів катіонів з органічними реагентами. Для визначення змісту індію, галію, танталу і ін.
Метод флуориметрії в 10 100 разів чутливіший абсорбційної спектрофотометрії, але флуоресцентними властивостями володіє тільки обмежене коло сполук: ароматичні, особливо з конденсованими структурами, гетероциклічні та карбонільні сполуки. З фармацевтичних субстанцій визначенням методом флуориметрії підлягають амінокислоти (фенілаланін, триптофан, тирозин), алкалоїди (стрихнін, резерпін, хінін), вітаміни (фолієва кислота, рибофлавін, ретинолу ацетат), стероїдні гормони (етинілестрадіол).
Інтенсивність флуоресценції вимірюється в умовних одиницях, пропорційних відгуку детектора і позначається символом I.
Метою даної курсової роботи було розглянути та проаналізувати систему флуориметрії, розглянути прилади для флуориметрії та на їх основі розробити структурну та функціональну схеми для даних типів приладів, що ми і зробили в роботі. Завдання курсової роботи були виконані, а саме:
1. Провели огляд біологічної складової біотехнічної системи та проаналізували принципи взаємодії її з технічною складовою.
2. Провели аналіз технічної складової біотехнічної системи.
3. Розробили схему електричну структурну та схему електричну функціональну біотехнічної системи.
4. Здійснили оцінювання функціональних характеристик біотехнічної системи, тобто зробили її класифікацію, оцінювання ефективності та надійності.
5. Зробили відповідні висновки.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн.: Кн.2: Физико-химические методы анализа. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004. – С. 98 - 110.!!!!
Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн.2. Методы химического анализа./ Ю.А.Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И.Фадеева и др. Под ред. Ю.А.Золотова.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2000. – С. 297-315.!!!
Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2т: Пер. с англ./ Под ред. Р.Кельнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. – М.: Мир: ООО «Издательство АСТ», 2004. – С.159 – 164.
Дж. Фритц, Г.Шенк Количественный анализ – М.: Мир, 1978. – С.348 – 361. ( электронные переходы, анализ смеси).!!
Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия: В 2 кн.: кн.1 – М.: Химия, 1990. – С.352 – 368.!!!
Основы аналитической химии. Практическое руководство./ В.И. Фадеева, Т.Н.Шеховцова, В.М.Иванов и др./ Под ред. Ю.А.Золотова. – 2-е изд., испр. – М.: Высш. шк.,2003. –С.439 – 452.!!!!!!
Барковский В.Ф., Городенцева Т.Б., Топорова Н.Б. Основы физико-химических методов анализа. Учебник для техникумов/ Под ред. В.Ф.Барковского – М.: Высш. шк., 1983. - С.59 – 68.
Аналітична хімія/ В.В. Болотов, О.М., О.М. Свєчнікова, С.В. Колісник, Т.В. Жукова та ін.. – Х.: Х.: Вид-во НФаУ; Оригінал, 2004. – 347 – 353.
Петерс Д., Хайес Дж., Хифтье Г. Химическое разделение и измерение. Теория и практика аналитической химии. В 2 кн.. - / Под ред. П.К.Агасяна. – М.: Химия,1978. – С.623-626, с. 654- 664.
Золотов Ю.А. Очерки аналитической химии. – М.: Химия, 1977. С. 62-65.
Пономарёв В.Д. Аналитическая химия (в 2 ч.).- М.: Высш. школа, 1982. Ч.2. Количественный анализ. С. 197-201.
Практикум по физико-химическим методам анализа/ Под ред. О.М.Петрухина. - М.: Химия, 1987. –С.94-101.
Д.Фрайфелдер Физическая биохимия. – М.: Мир,1980. – С.415 – 449.
Виноградова Р.П., Цудзевич Б.А., Храпунов С.Н. Физико-химические методы в биохимии. – К.: Вища школа. С. 217-269.
Васильев В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа. – М.: Высшая школа, 1979. – 69-75.