СОДЕРЖАНИЕ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  ВВЕДЕНИЕ 

  Ценность  питания безотносительна. Так было во все времена. Как утверждается в немецкой поговорке, «чело век  есть то, что он ест». Раз это действительно так, то для человека совсем небезразлично качество потребляемой еды. Определение качества продуктов питания в некоторых случаях осуществляется методом люминесцентного анализа. Именно рассмотрению этого метода я бы и хотела посвятить свою курсовую работу. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Цель  и задачи работы 

Цель  работы: изучить использование люминесцентного анализа при контроле качества продуктов питания. 

Задачи  работы:

1. рассмотреть теоретические основы метода люминесцентного анализа;
2. рассмотреть использование люминесцентного анализа при контроле качества продуктов питания на примере продуктов растительного и животного происхождения;
3. Выявить преимущества метода люминесцентного анализа при контроле качества продуктов питания.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
О ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ И  ЛЮМИНОФОРАХ 

  Всем  известно, что нагретые тела светятся. Суть этого явления заключается  в превращении энергии теплового  движения атомов и молекул в энергию  излучаемого света.

  Все это не имеет никакого отношения к люминесценции. И, наоборот, всякое свечение, не связанное с температурным лучеиспусканием, имеет право называться люминесценцией. Откуда же физические тела черпают энергию для такого свечения? Здесь возможно несколько вариантов: это и энергия химических реакций (хемилюминесценция), и энергия электрического разряда (электролюминесценция), и энергия поглощаемого телом света (фотолюминесценция).

  В соответствии с источниками энергии  все люминесцирующие тела разделяются  на хемилюминофоры, электролюминофоры и фотолюмииофоры. Особенно важны в практическом отношении и наиболее распространенны фотолюминофоры. Для того чтобы заставить фотолюминофор светиться, необходимо облучить его ультрафиолетовым светом (УФ- светом) или коротковолновыми лучами видимого света. В результате молекулы люминофора переходят в возбужденное состояние, а затем через более пли менее продолжительный промежуток времени возвращаются в исходное состояние, испуская при этом квант света.

  В окружающей нас природе встречается немалое число естественных    люминофоров.    Чтобы   продемонстрировать их многообразие, позволим себе процитировать следующее почти поэтическое  описание,   взятое,   впрочем, из  серьезной монографии:   «Дадим   па   мгновение   волю   фантазии: представим   себе,   что   к   атмосфере,   окружающей   Землю, примешан воображаемый „черный газ" -  такой газ, который целиком поглощал бы всю видимую часть солнечного спектра, по не ослаблял бы интенсивности тех УФ - лучей, которые достигают нашей Земли. Если бы это случилось, наш взор был бы поражен неожиданным зрелищем. Земля  погрузилась  бы в  полный мрак,  однако  среди окружающей тьмы мы увидели бы сказочный мир разнообразно  светящихся предметов.  В  темноте  мы  не  смогли бы уловить   контуров  тела  человека,   но  резко  вырисовывались бы ослепительно белые зубы, а на концах пальцев 
ясно обозначились бы сине-голубые ногти. Многие минералы    нам   представились    бы    окрашенными:    флюорит (плавиковый шпат)   казался  бы  фиолетовым,  кальцит — 
красным,  ортоклаз — желтым и т. д.;  быть может, наше внимание привлек бы камень неописуемой красоты, усеянный по коричнево-серому фону зелеными сияющими блестками   уранового  соединения.   Мы  в  темноте  увидели  бы семена  некоторых растений: кажущиеся на изломе красными     зерна киви,    коричневые    зерна    полюшки,    овсы, различающиеся по   цвету   в   зависимости   от  сорта,  и  т.д. 
Мы были бы удивлены обилием цветных точек, рассеянных среди луга, - это небольшие участки на цветах многолетних растений, например медовые железки у основания венчика.

  Листы белой бумаги в зависимости от ее сорта казались бы нам синими, фиолетовыми или были бы невидимыми.   Разлитая   по   земле   нефть,   напоминала  бы  лужу грязного молока: почти черная при дневном свете, в нашем фантастическом мире нефть светилась бы желтовато белесым цветом. Пятна керосина и некоторых минеральных масел мы приняли бы, пожалуй, за пятна (синей краски различных оттенков — так ярко вырисовывались   бы   они  в   темноте   благодаря  своему свечению».

  В приведенном отрывке речь шла  о природных люминофорах — представителях как неорганического (минералов), так и органического мира (семян и цветов растеший, нефтепродуктов). Разница между этими двумя типами люминофоров заключается отнюдь не только в том, что и состав одних из них входит углерод, а в состав других — нет. Здесь имеются и более принципиальные различия. Неорганические люминофоры (их часто именуют кристаллофосфорами) люминесцируют лишь в твердом состоянии. Механизм их свечения требует наличия кристаллической решетки строго определенного строения, в которую обязательно входят активирующие примеси. Совсем иная картина наблюдается в случае органических люминофоров, у которых люминесцируют отдельные молекулы. Такое происхождение свечения позволяет органическим веществам люминесцировать и в твердом виде, и в растворах, и в парах.

  В зависимости от длительности свечения различают два случая люминесценции  органических веществ: флуоресценцию — свечение люминофора, прекращающееся сразу с окончанием действия возбуждающего света; фосфоресценцию—свечение, продолжающееся заметное время после прекращения возбуждения. На самом деле флуоресценция и фосфоресценция отличаются друг от друга не только длительностью свечения. Более глубокое различие состоит в том, что при этих процессах испускание квантов света происходит из различных энергетических уровней возбужденной молекулы.

  Какую же химическую природу должны иметь  органические соединения, чтобы обладать люминесценцией? Вопрос оказался далеко не простым. Серьезно начали изучать люминесценцию органических веществ после исторической работы английского физика Д. Стокса, опубликованной в 1852 г. Прошло более 150 лет, а окончательного ответа на этот вопрос наукой еще не получено.   Однако   множество   наблюдений   показывает,   что   в большинстве случаев люминесцируют те органические молекулы, в состав которых входят чередующиеся одинарные и двойные связи между атомами углерода. Из природных люминесцирующих соединений, встречающихся в некоторых растениях, такими структурами обладают, например витамин А.

  В теории люминесцентного анализа  важное место отводится таким понятиям, как спектры поглощения и люминесценции    исследуемых     веществ.    Типичный    вид этих спектров (другими словами, зависимостей интенсивности поглощаемого или испускаемого света от длины световой волны) для сложных органических молекул показан на рис. 1, из которого видно, что люминесценция включает в себя два явления — флуоресценцию и фосфоресценцию. Какая разница между этими двумя видами свечений? Если свечение прекращается сразу, как только исчез возбуждающий свет, то говорят «флуоресценция». Если же свечение продолжается заметное время, говорят «фосфоресценция». Впрочем, есть и более глубокое различие (пояснение на рис. 1). 

    

Рис. 1. Схема энергетических уровнен (внизу) и  вид спектров поглощения,  флуоресценции  и   фосфоресценции   (вверху)   органических  молекул

При комнатной температуре  практически все  молекулы находятся в основном невозбужденном состоянии (уровень S₀). После поглощения кванта света молекула переходит в возбужденное состояние (S₁* — и S₂* — уровни). Это состояние молекулы с двумя неспаренными электронами, спины которых антипараллельны, именуют синглетным. Испускание света, связанное с электронным переходом S₁*-S₀, — это флуоресценция. Если спины электронов, принадлежащих возбужденным молекулам, параллельны, то говорят, что молекула находится в триплетном состоянии (T-уровень). Лучеиспускание по схеме T-S₀ — это фосфоресценция. Спектры фосфоресценции находятся в более длинноволновой области, чем спектры флуоресценции 

  Важно обратить внимание, что если спектры  изобразить в виде зависимости интенсивности  света не от длины световой волны,   а   от   обратной   ее   величины — частоты,   то   для многих веществ можно наблюдать так называемое правило зеркальной симметрии спектров поглощения и флуоресценции. Согласно этому правилу, установленному видным советским физиком В.Л. Левшиным, спектры поглощения и флуоресценции зеркально симметричны относительно прямой, проходящей перпендикулярно к оси частот через точку пересечения обеих спектральных кривых.

  Если  обратиться к энергетической стороны  вопроса о поглощении и испускании света органическими молекулами. Из всей энергии света, падающего на молекулу, лишь незначительная часть поглощается ею. Дальше — меньше. В виде люминесценции высвечивается только некоторая доля поглощенной энергии, остальное же переходит в тепло и участия в излучении не принимает. Поэтому яркость люминесценции значительно ниже, чем яркость возбуждающего света. Это соотношение характеризуется величиной квантового выхода люминесценции (φ), который выражается отношением числа испускаемых молекулой квантов (Nл) к числу поглощенных квантов (Nп) : φ=Nл/Nп. Чем ближе значение φ к единице, тем интенсивнее люминесцирует данная молекула.

  При проведении количественных люминесцентных измерений большое значеник закон, установленный выдающимся советским ученым академиком С. И. Вавиловым, согласно которому квантовый выход люминесценции и вид спектра люминесценции данного вещества не зависят от длины возбуждающего света.

  Проводить люминесцентный анализ тем легче, чем  интенсивнее свечение. Иногда для  люминесцентного анализа нужны  очень яркие люминофоры, которые дополнительно вводят в исследуемый объект. Где взять эти люминофоры? Обычно их приходится специально синтезировать. При синтезе химики руководствуются соображениями о желательности сопряжения в структуре молекул люминофоров. Ярко светящихся искусственных люминофоров получено великое множество. Помимо интенсивности свечения, к люминофорам обычно предъявляют и другие требования, необходимые для их успешного применения на практике. Это может быть и определенный цвет свечения, и растворимость в различных средах, и свето- и термостойкость, и химическая активность или, наоборот, инертность и т. д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

область применения люминисцентного  анализа

 

  Зачем люминесцентный анализ нужен для  других областей науки и техники? При помощи люминесцентного метода обнаруживают различные детали и объекты, не видимые при обычном освещении. В палеонтологии, например, люминесцентный анализ необходим для исследования деталей отпечатков доисторических растений и животных, включенных в осадочные породы. Дело в том, что при освещении отпечатков УФ-светом они люминесцируют, а это дает возможность рассмотреть важные дополнительные детали строения изучаемого объекта.

  Люминесцентный  анализ играет важную роль и в дефектоскопии. Люминесцентная дефектоскопия позволяет обнаружить микротрещины в различных изделиях, которые практически неразличимы другими методами. Ее методика предельно проста: поверхность исследуемой детали обрабатывается раствором люминофора, который заполняет и трещины. Затем люминесцирующий раствор удаляют с поверхности, но в дефектах он остается. Заключенный в дефектах раствор заявляет о себе при освещении детали УФ-светом.

  По-видимому, во времена Шерлока Холмса детективы  еще не умели извлекать пользу из люминесцентного анализа. А вот современные криминалисты с успехом пользуются явлением люминесценции. Вот лишь несколько примеров. Так, наблюдение люминесценции кожных покровов часто необходимо при экспертизе определения давности повреждений (типа рубцов, шрамов и т. д.). Естественный цвет люминесценции неповрежденной кожи — беловато-серый, а вот кожные рубцы различной давности люминесцируют неодинаково: они выглядят темными, бархатистыми, если с момента травмы прошло 1—2 месяца; люминесценция рубцов давностью 4—6 месяцев имеет беловато-синий оттенок с темным ободком; рубцы давностью более одного года или слабо люминесцируют беловато-синеватым цветом (при отсутствии пигментации кожи), или выглядят более темными (в случае пигментации).