Факторы, влияющие на точность спектрального анализа.

Резкие квазилинейчатые спектры люминесценции (и поглоще­ния) обладают рядом особенностей, которые позволяют эффектив­но использовать их в аналитических целях. Эти особенности квазилинейчатых спектров лю­минесценции сделали их наиболее тонким и точным современным аналитическим методом и указывают на целесообразность и перспективность применения его для спектрохимического анализа многокомпонентных природных смесей[6,7].

Специфичность

Тонкость, многочисленность и индивидуальное расположение полос в спектре люминесценции каждого углеводорода позволяют осуществить достоверную идентификацию.

Селективность

Позволяет обнаруживать индивидуальные соединения в слож­ных смесях, когда доля вещества так мала, что спектр флуорес­ценции при обыкновенной температуре дает лишь слабый намек или вообще не дает указаний на его присутствие.

Чувствительность

Чувствительность обнаружения индивидуального углеводоро­да в «чистых» растворах н-парафинов достигает  [7]. Т. е. превосходит на 2—3 порядка чувствительность обыч­ного люминесцентно-спектрального анализа при комнатной тем­пературе и намного превосходит чувствительность методов коле­бательных спектров.

С помощью квазилинейчатых спектров возможно определение отдельных индивидуальных органических соединений (одновременно 4—5 веществ) в многокомпонентных смесях даже тогда, когда они входят в смесь в виде следов и анализ другими методами не­возможен.

Анализ имеющихся экспериментальных данных показывает, что харак­тер квазилинейчатого спектра зависит от условий образования смешан­ного кристалла (растворитель — вещество). Оптические свойства обра­зовавшегося поликристаллического раствора определяются свойствами растворителя, условиями кристаллизации раствора, наличием люминесцирующей примеси, характером взаимодействия между ними и содер­жанием в растворе других компонент.

Растворители. Для получения дискретных спектров флуоресценции и поглощения ароматических углеводородов удобными растворителями оказались нормальные парафины, хотя в ряде исследований была пока­зана пригодность для этих целей других жидкостей, кристаллизующихся при замораживании: Для каждого соединения удается подобрать один или группу н-парафинов, в которых условия для возникновения квази­линейчатых спектров наиболее благоприятны. В частности, для соедине­ний с линейной структурой (полиацены, полифенилы, дифенилполиены и т.д.) наиболее резкие спектры наблюдаются в тех случаях, когда ли­нейные размеры молекул растворителя близки к линейным размерам молекул примеси. Меняя растворитель, удается выделить квазилиней­чатые спектры различных компонент смеси.

Концентрации. Выбор оптимальных концентраций исследуемого вещества в «чистом» растворителе диктуется следующими соображени­ями. Как отмечалось ранее в ряде работ [6,7], квазилинейчатый характер имеют спектры молекул, находящихся в замороженном раст­воре в состоянии так называемого «ориентированного газа», т. е. для этого необходимы небольшие концентрации примесных молекул. Уве­личение концентрации приводит к возникновению взаимодействия меж­ду молекулами примеси, к миграции энергии между раз­личными компонентами сложной смеси и, возможно, к образованию аг­регатов примесных молекул. Это в свою очередь способствует «размы­ванию» спектра и появлению полос в более длинноволновой области.

Существуют данные о влиянии примеси и на характер кристалличе­ской структуры матрицы, возникающей при замораживании. Под влия­нием высоких концентраций растворенного вещества в некоторых уча­стках происходит перестройка матрицы — растворителя, что приводит к изменению характера квазилинейчатого спектра растворенных молекул.

Скорость охлаждения. В ряде работ [7, 32] показано, что характер и структура квазилинейчатых спектров сильно зависят от скорости ох­лаждения раствора. Обычно кюветы или пробирки с исследуемым раствором быстро погружаются в жидкий азот. В таком случае говорят о быстром замораживании. Однако скорость замораживания раствора существенно зависит от объема и формы кюветы. Можно предположить, что наружные слои раствора замерзают довольно быстро, а внутренние могут промерзать значительное время. В результате условия образова­ния кристаллического раствора в разных частях кюветы неодинаковы, что сказывается на характере спектра излучения и еще сильнее на спектре поглощения. В тонких слоях (100 мкм и меньше) кристаллизация проходит быстрее, и это может приводить к существенным спект­ральным изменениям[37].

Влияние кислорода. Известно, что все растворители при комнат­ной температуре и атмосферном давлении содержат то или иное количе­ство растворенного в них кислорода. Так, например, в н-гексане при этих условиях растворено  кислорода. Известно так­же, что люминесценция полициклических ароматических углеводородов в растворе н-парафинов при комнатной температуре подвержена силь­ному кислородному тушению. Например, люминесценция 3,4-бензпирена и 1,12-бензперилена в н-гексане при комнатной температуре тушится кислородом в 10 раз. Однако при понижении температуры раствора до 77°К растворенный в н-гексане кислород перестает оказывать влияние на интенсивность квазилиний флуоресценции этих соединений. Но при замораживании раствора в открытой кювете происходит силь­ная конденсация газообразного кислорода из окружающего воздуха, что приводит к частичному падению интенсивности люминесценции в результате воздействия конденсированного кислорода на люминесцирующие молекулы .

Условия возбуждения. Для возбуждения люминесценции образца необходимо, чтобы длина волны возбуждающего света попадала в об­ласть поглощения исследуемой молекулы. Выбор оптимальных условий возбуждения для данной смеси можно производить также с помощью спектров возбуждения. Возбуждение свечения исследуемого раствора длинами волн, соответствующими наиболее интенсивным полосам спектра возбуждения, будет давать наиболее интенсивные и частично дифференцированные спектры люми­несценции сложной смеси.

Мультиплетность. Квазилинейчатые спектры обладают своеобраз­ной особенностью: в целом ряде случаев каждому электронно-колеба­тельному переходу в спектре соответствует группа линий, повторяющих­ся часто по всему спектру и получивших название мультиплетов. Одной из причин возникновения мультиплетов является наличие нескольких типов излучающих центров,- находящихся в различных локальных усло­виях, что приводит к смещению электронных уровней, в то время как расположение колебательных подуровней при этом остается неизмен­ным . Объяснение происхождения мультиплетной структуры спектров не исчерпывается гипотезой разных центров. Некоторые из компонент мультиплета могут быть связаны с наличием близко рас­положенных уровней у одного и того же излучающего центра [7].

Учет влияния примесей в растворителе. Растворители, используе­мые для получения квазилинейчатых спектров, могут содержать как растворимые, так и нерастворимые примеси. Растворимые приме­си могут обладать собственной люминесценцией и могут выступать в роли так называемого внутреннего фильтра, когда они поглощают или возбуждающий свет, или люминесценцию исследуемых молекул. При высоких концентрациях такие примеси могут участвовать во всевозмож­ных процессах миграции энергии между компонентами раствора, а так­же способствовать перестройке матрицы растворителя и т.д.

На нерастворимых и плохо растворимых примесях  при обычном способе замораживания раствора, как на центрах кри­сталлизации, может происходить быстрый рост кристаллов н-парафина, и тем самым могут создаваться условия, как бы имитирующие ускорен­ное замораживание со всеми его преимуществами. Роль таких примесей становится еще более эффективной, если они могут служить акцептором - энергии возбуждения агрегатов исследуемых молекул в случае высокой концентрации последних. Попадание примеси в агрегации и кристаллы исследуемых молекул приводит к исчезновению диффузных спектров агрегатов, наложенных на квазилинии, что значительно облегчает ана­лиз. При проведении анализа иногда бывает целесообразно специально вносить такие примеси в исследуемую смесь [31,44, 41].

Влияние предварительного облучения. Известно, что некоторые[6] ор­ганические соединения под влиянием облучения ультрафиолетовым све­том испытывают фотохимические превращения. Поэтому во время ана­лиза сложных смесей таких соединений при рассмотрении их растворов под ультрафиолетовой лампой при комнатной температуре или во время установки ампулы (кюветы, пробирки) с раствором в дьюаре с жидким азотом облучение исследуемого объекта необходимо свести к минимуму, т. е. рассматривать под УФ-лампой минимальное время и устанавливать ампулу в дьюаре при перекрытом пучке ультрафиолетового излучения. Аналогично время рассмотрения хроматограмм на ко­лонке, в тонком слое и на бумаге под ультрафиолетовыми лучами необ­ходимо также свести к минимуму. Фотохимические превращения в растворах сложных углеродистых смесей могут происходить и под воздействием рассеянного дневного света. В работе Р..И. Персонова [31] описано, как в растворе перилена в хлороформе после 15-минутного облучения рассеянным дневным све­том обнаружилось присутствие не перилена, а неизвестного соединения, квазилинейчатый спектр люминесценции которого сдвинут по отноше­нию к спектру перилена в более длинноволновую сторону. Автор пред­полагает, что этот спектр мог принадлежать одному из хлор-производ­ных перилена, образовавшемуся в хлороформе под воздействием днев­ного облучения. Под воздействием возбуждающего излучения в исследуемом веществе могут возникать различные процессы, приводящие к ошибкам в анализе. Остановимся на процессах, носящих двухквантовый характер.