Что пьём, Господа?

 Тем не менее, несмотря на впечатляющие успехи аналитической химии, проблема контроля чистоты воды для собственно широкого круга научных сотрудников и работников экологических служб остаётся достаточно актуальной. Это связано с несколькими обстоятельствами. Первое: при проведении анализов важнейшее значение имеет процесс пробоподготовки. Здесь нужен специалист-аналитик высокой квалификации и не в каждой научной биологической, физической и даже физико-химической лабораториях такие специалисты имеются, не говоря уже о лабораториях прикладного характера. Второе: не всякая лаборатория может позволить себе купить современный анализатор чистоты воды, стоимость которого исчисляется несколькими сотнями тысяч долларов. Третье: для лабораторных экспериментов зачастую не нужно столь обширной информации, которая требуется при анализе питьевой воды, но с другой стороны требования к ней по другим параметрам могут быть гораздо жёсче. Поэтому для "рутинного" лабораторного водного эксперимента необходим метод контроля за чистотой воды, который был бы достаточно удобен и прост, не дорог, достаточно экспрессивен и доступен минимально обученному технику (экспериментатору). И действительно, метод, который удовлетворяет всем этим условиям, имеется. Он применялся уже давно (правда для других целей) и учёные, в настоящее время непосредственно изучающие состояние воды, теперь широко его используют. Метод этот - люминесцентный.

В чём физическая сущность явления люминесценции и, соответственно, основанного на нём метода люминесценции? Люминесценция, как все прекрасно знают, это свечение, которое может быть различного цвета. (Вспомним, например, эффектную картину разноцветных указателей, свечение которых происходит благодаря люминесценции, на дорогах в ночное время!) За счёт чего оно происходит? Согласно общепринятым фундаментальным представлениям современной науки (квантовые механика и химия) каждая молекула имеет несколько электронных состояний (уровней), которые обзначаются простыми цифрами 1,2,3 и т.д. (При этом 1 уровень принято называть основным, а все вышележащие - возбуждёнными состояниями молекулы). Явление люминесценции - это испускание света молекулой, которое происходит тогда, когда один из её электронов переходит с более верхнего на более низкий уровень (например, со второго на первый или с третьего на первый), т.е. при переходе молекулы из возбуждённого состояния в основное. Но для того, чтобы молекула оказалась в возбуждённом состоянии, она должна поглотить порцию (квант) света, которая бы по величине энергии (длине волны) соответствовала переходу электрона из основного состояния в возбуждённые. Если величина энергии возбудившего кванта меньше, чем расстояние между основным и возбуждённым состоянием, то молекула такой квант не поглотит и останется в основном, не возбуждённом состоянии. Здесь мы особо подчеркнём и сделаем акцент на том, что расстояние между уровнями 1, 2, 3 и т.д. для каждой молекулы строго индивидуальны (характеристичны) и поэтому каждая молекула обладает только ей принадлежащим спектром поглощения и испускания (люминесценции). Имено это свойство характеристичности люминесценции (по сути дела "отпечатки пальцев" молекулы) давно и с успехом применяется в сельском хозяйстве, промышленности, криминалистике и т.д. Для спектрального анализа испускания, т.е. определения того, кванты какого цвета и в каком количестве содержатся в люминесценции, используется специальный прибор - спектрометр, который позволяет записывать спектры люминесценции. Собственно в этом и заключается метод люминесценции: с помощью кванта света "накачки" мы искусстенно "загоняем" молекулы в возбуждённое состояние, после чего сами молекулы испускают свет с только им присущими длинами волн, тем самым поставляя информацию о себе. Таким образом, задача оператора, занимающегося вопросом очистки воды, заключается в том, чтобы получить спектр свечения водного образца (если оно имеется), сопоставить полученный спектр со спектрами люминесценции уже известных примесных веществ и после этого дать заключение о наличии или отсутствиии их в данном образце воды.