Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Выполнение этой работы способствует систематизации, закреплению и углублению теоретических знаний выработки навыков работы на аналитическом оборудование и обработки полученных результатов, необходимых в практической деятельности эксперта, развитию навыков самостоятельной научной работы (планирование и проведение исследований, интерпретация полученных результатов, их правильное изложение и оформление).

При выполнении работы, я осваивал работу на современном аналитическом оборудовании, так как:

1. ИК-спектрометр с Фурье преобразованием;

2. Спекрофлуориметр;

3. Газовом хроматографе.

Выбор данного аналитического оборудования основан на том, что именно оно наиболее часто применяется при проведении экспертных исследований, в частности при проведении пожарно-технической экспертизы.

Задачами выполнения курсовой работы являются:

1. Приобретение и закрепление навыков работы на современном аналитическом оборудовании;

2. Освоение методов обработки результатов анализа.

Навыки, полученные при выполнении курсовой работы необходимы в практической деятельности судебных экспертов.

Действенным оружием в борьбе с преступностью является судебная экспертиза, которая выступает в качестве эффективного способа установления существенных обстоятельств расследуемого преступления. Судебная экспертиза, использующая в ходе судопроизводства весь арсенал современных научно-технических средств, значительно расширяет возможности следствия и суда. Научно-технический аппарат судебной экспертизы постоянно развивается, создаются новые и совершенствуются имеющиеся методики исследования. Формирование экспертных методик опирается на фундаментальные достижения естественных наук и в том числе аналитической химии. При этом аналитические методы используются в судебной экспертизе в несколько трансформированном виде, соответствующем характеру решаемой экспертной задачи и специфическим объектам исследования.

Объектами экспертизы выступают материальные предметы, подлежащие экспертному исследованию для установления обстоятельств (фактов), имеющих значение для расследуемого дела. Ввиду большого многообразия вещественных доказательств, поступающих на экспертизу, для их исследования соответственно необходим комплекс аналитических методов и разработанных на их основе методик. Объектами экспертизы, исследование которых ведется методами аналитической химии, могут быть вещества неизвестной природы в любом агрегатном состоянии.

инфракрасный люминесцентный хроматография cпектральный анализ

Спектральные методы исследования. ИК-спектроскопия

Возбуждения атомов и атомных групп, составляющих молекулу, может вызвать их колебания. Колебательная энергия молекул дискретна (квантована). Спектры, соответствующие колебательным переходам, наблюдаются в инфракрасной (ИК) области (10¹³ - 10¹⁴ Гц ? 10² - 5•10³ см^-1).

Колебательные спектры обладают высокой специфичностью и широко используются для идентификации веществ. Каждому веществу присущ свойственный только ему набор полос и не существует двух веществ, которые имели бы одинаковые колебательные спектры. В настоящее время имеются атласы ИК-спектров для различных классов органических, элементоорганических и неорганических веществ, в которых указаны условия подготовки образцов и регистрации спектров, а также модели спектрометров.

ИК-спектроскопия нашла широкое применение в различных сферах пожарно-технической и криминалистической экспертизы.

Колебательные спектры обладают высокой специфичностью и широко используются для идентификации веществ. Каждому веществу присущ свойственный только ему набор полос и не существует двух веществ, которые имели бы одинаковые колебательные спектры. В настоящее время имеются атласы ИК-спектров для различных классов органических, элементоорганических и неорганических веществ, в которых указаны условия подготовки образцов и регистрации спектров, а также модели спектрометров.

Идентификация неизвестного вещества по ИК-спектру заключается в сопоставлении спектра исследуемого вещества с эталонным спектром, приведенным в атласе. Учитывая, что колебательные спектры, зарегистрированные на различных спектрометрах или в различных условиях, могут отличаться между собой, важнейшим условием сравнения спектров является стандартизация условий их регистрации.

Совпадение спектральной кривой исследуемого вещества со спектральной кривой эталона свидетельствует об идентичности двух веществ. Отсутствие в спектре исследуемого вещества полос, наблюдаемых в спектре образца сравнения, однозначно указывает на то, что эти вещества различны. Присутствие в спектре исследуемого вещества большего числа полос по сравнению со спектром эталона может быть объяснено как загрязнением исследуемого вещества, так и различием обоих веществ.

При идентификации молекул органических веществ особое внимание уделяют области спектра 1300 - 600 см^-1. В эту область попадают полосы, отвечающие колебаниям связей C-C, C-N, C=O, а также многие деформационные колебания. В результате сильного взаимодействия этих колебаний отнесение полос к отдельным связям невозможно, однако весь набор полос в этой области спектра является характеристикой ядерного состава (скелета) молекулы в целом. Эту область называют областью отпечатков пальцев (фингерпринтов). По колебательным спектрам в этой области можно идентифицировать даже изомеры.

Колебательную спектроскопию используют также для количественного определения органических веществ. Определение одного вещества методом ИК-спектроскопии базируется на основном законе светопоглощения, а анализ смесей веществ использует, кроме того, закон аддитивности оптических плотностей. Пределы обнаружения веществ методом ИК-спектроскопии достаточно высоки.

Ход исследования

Инфракрасный Фурье-спектрометр «ИнфраЛЮМ ФТ-02», применяемый при выполнении курсовой работы, предназначен для регистрации спектров поглощения или пропускания жидких, твердых и газообразных веществ в средней инфракрасной области, т.е. в диапазоне 400…7500 см^-1.

Области применения данного ИК-спектрометра:

· экологический контроль воздушной и водной среды,

· контроль производственных процессов в химической, нефтехимической, фармацевтической и пищевой промышленности,

· минералогия,

· геохимия,

· криминалистика,

· научные исследования.

Для анализа на инфракрасном Фурье-спектрометре «ИнфраЛЮМ ФТ-02» жидкостей используются сборные кюветы позволяющие варьировать толщину от 0,01 до 1 мм. Заполнение осуществляется стеклянным шприцем объемом 2 мл через два специальных отверстия, расположенных на металлическом корпусе кюветы. При наполнении кювета держится так, чтобы отверстия были установлены друг над другом. Конус шприца вставляется в нижний патрубок и легким нажимом на поршень шприца кювета медленно наполняется. После этого верхнее отверстие закрывается пробкой. Затем шприц вынимается, и нижнее отверстие тоже закрывается. При этом кюветы малой толщины заполняются без нажатия на поршень шприца за счет действия капиллярных сил.

При регистрации спектров поглощения чистых жидкостей используются кюветы с очень тонкими поглощающими слоями, при выполнении курсовой работы применяется кювета толщиной 0,02 мм.

Анализ на Инфракрасном Фурье-спектрометре осуществляется под контролем преподавателя в соответствии с руководством по эксплуатации прибора при следующем режиме измерения.

Рис. 1. ИК-спектр исследуемого образца

Таблица №1 «Результаты спектрального анализа»

Входе данного исследование мы можем сделать вывод, что в анализируемом веществе находиться группы:

1. хлоросодержащие;

2. алканы.

Люминесцентный анализ

Люминесценцией называют свечение, избыточное над температурным и обладающее длительностью не менее чем 10^-10 с, что превышает период световых колебаний. От излучения нагретых тел она отличается своей неравновесностью: люминесценция практически не использует тепловую энергию излучающей системы, поэтому ее часто называют холодным светом. Это определение отличает люминесценцию также от всех других видов неравновесного свечения - рассеяния и отражения света, комбинационного рассеяния и т.д.

Люминесценция возникает в результате электронного перехода при возвращении частиц из возбужденного состояния в нормальное. Таким образом, молекула преобразует поглощенную энергию в собственное излучение. Этим люминесценция также отличается от процессов несобственного излучения - рассеяния и отражения света. Люминесцирующие вещества могут находиться в любом агрегатном состоянии.

В возбужденное состояние частицы люминесцирующего вещества могут переходить под действием света и тогда люминесценцию называют фотолюминесценцией (флуоресценцией или фосфоресценцией), под действием рентгеновского излучения - рентгенолюминесценцией, в результате химической реакции - хемилюминесценцией и т.д.

Прямой переход основного синглетного в возбужденное триплетное состояние запрещен по спину и практически не наблюдается. Энергия триплетного состояния несколько меньше, чем синглетного. Триплетные уровни могут заполняться за счет интеркомбинационной конверсии (волнистая стрелка Vґ = 0 Vґґ = 2). При комнатной температуре молекулы обычно находятся в основном состоянии и почти все электронные переходы при поглощении света происходят с нижнего (основного) колебательного подуровня на различные колебательные подуровни возбужденного синглетного состояния. На рисунке 7 эти переходы изображены стрелками: V = 0 Vґ = 0; V = 0 Vґ = 1; V=0 Vґ = 2 и т.д.

Ход исследования

При выполнении курсовой работы применяется анализатор жидкости «Флюорат-02-Панорама», который предназначен для измерения массовой концентрации неорганических и органических примесей в различных средах. Принцип действия анализатора основан на измерении интенсивностей световых потоков от исследуемого объекта, возникающих под воздействием возбуждающего оптического излучения, выделенного спектрального диапазона.

Заполненная кювета помещается в спектрометр. Работа на приборе осуществляется согласно руководству по эксплуатации. В присутствии преподавателя, снимаются спектры флуоресценции при следующем режиме измерения:

§ Переменный угол

§ Диапазон длин волн возбуждения 240-480 нм

§ Диапазон длин волн регистрации 340-500 нм

§ Число вспышек 10

§ Шаг 1 нм

§ Коррекция - по опорному каналу

§ Чувствительность ФЭУ - минимальная.

Рис. 2. Флуоресценции

Рис. 3. Флуоресценции

Хроматографическое исследование

Хроматография является эффективным методом разделения и анализа сложных по составу газообразных и жидких смесей. Твердые вещества могут быть проанализированы после перевода их в жидкое (растворенное) или газообразное состояние. Качественный и количественный анализ проводится по характеристикам удерживания.

Качественный состав вещества может быть установлен с помощью хроматографической методики по характеристикам полученной хроматограммы или по результатам анализа компонентов смеси после прохождения хроматографической колонки подходящим химическим или физико-химическим методом. Собственно хроматографический качественный анализ основан на использовании характеристик удерживания - времени удерживания или пропорционального ему удерживаемого объема и индексов удерживания.

Идентификация исследуемых веществ проводится сравнением полученных и табличных данных. Условия опыта, естественно, не должны отличаться от тех, в которых были получены табличные данные. Идентификация вещества по его хроматограмме может быть выполнена также методом тестеров, когда сравнивают объем или время удерживания компонента анализируемой смеси и эталона, найденные в одних и тех же условиях опыта. Иногда эталонное вещество, наличие которого предполагается в анализируемой смеси, специально вводят в пробу и сравнивают высоту и площадь пиков на хроматограммах, полученных до и после введения эталона. Увеличение высоты или площади пика рассматривается как указание на присутствие предполагаемого компонента в пробе. Однако этот метод не вполне надежен, так как удерживаемые объемы довольно многих веществ близки между собой. Трудности идентификации преодолеваются, например, хроматографированием пробы на колонках с разными сорбентами. Получение одинаковых результатов при использовании разных сорбентов увеличивает надежность анализа. В настоящее время разработаны и успешно применяются также различные многоступенчатые схемы. В таких схемах после разделения смеси на первой колонке полученные фракции подаются на колонки второй ступени, где достигается более тонкое разделение и более точная идентификация вещества, так как имеют дело с более простыми смесями, чем на первой колонке.

В газожидкостной хроматографии для качественного анализа часто используют индексы удерживания Ковача.

Идентификация вещества по индексу удерживания производится путем хроматографирования соединения с последующим хроматографированием в тех же условиях двух соседних алканов, выбранных в качестве стандарта. Результаты анализа по индексу удерживания оказываются более надежными, чем по удерживаемому объему, так как индекс удерживания является более индивидуальной характеристикой вещества. Индексы удерживания многих веществ при определенных температурах имеются в соответствующих справочных таблицах, что облегчает проведение качественного анализа.

Накопленный экспериментальный материал позволил обнаружить некоторые закономерности и установить определенные зависимости между хроматографическими характеристиками и физико-химическими свойствами вещества. Оказалось, например, что индексы удерживания и удерживаемые объемы связаны простой зависимостью с числом атомов углерода у членов гомологического ряда, с температурами кипения гомологов и другими характеристиками и свойствами вещества. Эти зависимости существенно расширяют возможности хроматографии. Соответствующие графики, например, зависимости удерживаемого объема от температуры кипения почти линейны и их широко используют для идентификации компонентов смеси. Если принадлежность компонента к гомологическому ряду известна, то найденная по такому графику температура кипения или другое свойство достаточны для идентификации компонента. Установлено, что индексы удерживания соседних членов в любом гомологическом ряду различаются примерно на 100. Известны и другие закономерности в индексах удерживания.

Ход исследования

При хроматографическом исследовании анализируемой в ходе выполнения курсовой работы смеси применяется следующее оборудование и материалы:

· газовый хроматограф Кристалл 5000.1;

· колонка газохроматографическая капиллярная длиной 25 м, внутренним диаметром 0,2 мм с неподвижной фазой OV-101, установленная в газовый хроматограф;

· шприц газохроматографический 1 мкл;

· гексан марки «ХЧ» для промывки шприца.

Пробу жидкости объемом 1 мкл с помощью хроматографического микрошприца вводят через испаритель в колонку газового хроматографа.

Хроматограммы экстрактов снимаются в следующих условиях:

· газ носитель - азот;

· скорость потока газа-носителя 1,5 мл/мин;

· сброс потока газа-носителя 1:40;

· режим линейного программирования температуры термостата от 40 до 160 оС со скоростью подъема 4 градуса в минуту;

· температура испарителя 250 оС;

· детектор ионизационно-пламенный (ПИД);

· температура детектора 250 оС;

· скорость потока водорода на детектор 35 мл/мин;

· скорость потока воздуха на детектор 300 мл/мин;

· объем пробы 1 мкл.

Следует учитывать, что температура оказывает существенное влияние на хроматографический процесс. Изменение температуры вызывает изменение элюационных и других характеристик: удерживаемого объема, коэффициента Генри и т.д.

С повышением температуры величина удерживаемого объема уменьшается, что приводит к сокращению длительности анализа и может вызвать изменение порядка выхода компонентов из колонки. При понижении температуры длительность анализа увеличивается, но при этом улучшается степень разделения.

Рис. 4. Хроматограмма, результаты анализа рисунка №4 представлены в таблице №2.

Таблица 2 Форма представления результатов хроматографического анализа

Библиографический список

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В2 книгах. Кн. 2: Физико-химические методы анализа. Учебник. - М.: Дрофа, 2007. - 383 с.

2. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов. - М.: Логос, 2002. - 408 с.

3. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. - М.: Мир, 2006. - 683 с.

4. Шмидт В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. - М.: Техносфера, 2007. - 368 с.

5. Некрасов Б.В. Основы общей химии. В 2 томах. Том 1. 4-е изд. стер. - СПб.: Издательство «Лань», 2003. - 656 с.

6. Некрасов Б.В. Основы общей химии. В 2 томах. Том 2. 4-е изд. стер. - СПб: Издательство «Лань», 2003. - 688 с.

7. Отто М. Современные методы аналитической химии. Изд. 2-е, исправленное. - М.: Техносфера, 2006. - 416с

8. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных/ Э. Преч, Ф. Бюльманн, К. Афольтер - Пер с аннгл. - М.:Мир; БИНОМ, Лаборатория знаний, 2006. - 438 с.

Размещено на Allbest.ru