Нефелометрия и турбидиметрия.
Оба эти метода основаны на использовании явления рассеяния светового потока.
Рассеяние зависит от длины волны излучения, размера и формы рассеивающих частиц, а иногда и от расположения в пространстве.
По теории Рэлея-Ми рассеяние малыми частицами обратно пропорционально длине волны в четвертой степени:
Iн=IokNV2/λ4
Iн и Iо – интесивности рассеянного и падающего света соответственно;
N – общее количество светорассеивающих частиц;
V – объем одной частицы;
k – коэффициент пропорциональности, учитывающий стандартизацию условий проведения анализа.
Множитель 1/λ4 указывает на быстрое возрастание интенсивности рассеянного света с уменьшением длины волны падающего света. Поскольку красный свет рассеивается меньше при прочих равных условиях, различные сигнальные огни (стоп-сигналы, огни маяка и т.д.) бывают красные. Для химических систем показатель степени может меняться от-4 до -2, главным образом из-за наличия более крупных частиц.
Почти все аналитические измерения связаны с видимым излучением. Пробу освещают интенсивным потоком Iо, а затем так же как в молекулярной абсорбционной спектроскопии измеряют интенсивность прошедшего излучения Iн, или определяют интенсивность излучения, рассеянного под определенным углом (например 90, I90). С ростом числа частиц в суспензии Iн/Iо уменьшается, а отношение вида I90/Iо увеличивается.
Для очень разбавленных суспензий измерения под углом гораздо чувствительнее, чем линейное измерение (как на ФЭКе), т.к. при этом можно наблюдать слабый рассеянный свет на темном фоне.
Метод, в котором используют линейное измерение, называют турбидиметрией, а метод с измерением под углом 90 (или каким-либо другим) – нефелометрией.
При турбидиметрических измерениях величина называется мутностью соответствует оптической плотности и может быть определена из соотношения, аналогичного основному закону светопоглощения:
S=lg(Iн/Iо) =klN,
Где S – мутность; k – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом мутности; l – длина пути; N – число рассеивающих частиц в мл.
Для турбидиметрических измерений можно использовать любой фотометр или спектрофотометр. Если растворитель и рассеивающие частицы бесцветны, максимальная чувствительность достигается при использовании излучения голубой или ближней УФ-области. Для окрашенных систем оптимальную длину волны лучше всего подбирать экспериментально.
В нефелометрии в качестве рабочего соотношения принимают следующее:
Iн=КсIо
К – эмпирическая константа системы ( – угол, под которым проводят измерения);
с – концентрация.
Конструкции приборов для нефелометрических и люминесцентных измерений идентичны, поэтому любой флуориметр можно использовать в качестве нефелометра.
В нефелометрии и турбидиметрии целесообразно использовать реакции, в результате которых образуется твердое соединение. Например, определение аммиака иодидом ртути (реактив Несслера), определение фосфата в виде малорастворимого соединения с молибденом и стрихнином, определение сульфата бария с пределами обнаружения десятые-сотые доли мг в мл и т. д.
Более интересно применение этих методов для определения средней молекулярной массы полимеров в растворах. Однако размеры молекул полимера в этих методах должны быть меньше длины волны падающего светового потока.
Еще одно направление практического использования этих методов – это применение лазеров для дистанционного определения загрязняющих веществ в атмосфере.
Блок-схема установки дистанционного детектирования загрязняющих веществ в атмосфере.
.
Степень уменьшения интенсивности лазерного потока пропорциональна числу частиц, содержащихся в воздухе. Из небольшого лазера и фотоэлемента можно собрать установку, с помощью которой легко уловить несколько мг частиц дыма d от 0,1 до 1 мкм в 1м3 воздуха.