Тема 2. Нефелометрический и турбодиметрический методы анализа.

Лекция № 6.

План:

1. Сущность нефелометрического и турбодиметрического методов анализа и область их применения.

2. Зависимость интенсивности светорассеяния от различных факторов. Уравнение Релея.

3. Светорассеивающая способность ультра микрогетерогенных систем. Условия, определяющие прямопропорциональную зависимость между рассеивающей способностью и концентрацией вещества. Трудности, ограничивающие применения метода.

4. Аппаратура для нефелометрических и турбодиметрических определений. Нефелометр. Техника измерений.

5. Фототурбидиметрическое титрование. Сущность метода. Область применения и преимущества. Практическое осуществление фототурбидиметрического титрования

№1.

В основе нефелометрического и турбодиметрического методов анализа лежит явления рассеяния или поглощение света твердыми или коллоидными частицами, находящимися в растворе.

Нефелометрическим методом анализа называется метод, основанный на измерении интенсивности светового потока, рассеянного твердыми частицами, находящимися в растворе.

Турбодиметрическим методом анализа называют метод, основанный на измерении ослабления интенсивности светового потока, прошедшего через раствор, содержащий твердые частицы. Интенсивность уменьшается в следствии рассеяния светового потока.

W₀ w₁

Ту турбидиметрия

W₂ нефелометрия

Рис. 1.2.1.

При прохождении пучка света через взвеси мельчайших твердых частиц в растворителе наблюдается боковое рассеяние света, благодаря чему свет, проходящий через среду, имеет вид мутной полосы. Мутность объясняется рассеиванием светового луча, при чем, если малейшие размеры частиц больше длины падающей световой волны, то рассеяние обусловлено преломлением света на границе раздела частицы – растворитель и отражением света частицами (ми-рассеевание). Если длина волны падающего света по сравнению с размерами частиц велика, то наблюдается дифракция световой волны, огибание ее частицы.

Интенсивность рассеянного света с увеличением числа частиц возрастает.

При нефелометрии (турбодиметрии) изучают суспензии мало растворимых веществ при их содержании 100 мг на 1 л и менее.

№2.

Мощность светового потока рассеиваемого частицами взвеси, описывается уравнением Релея.

KNV²

Wp = Wo λ⁴

Wp – рассеянный световой поток

Wo – начальный световой поток

N – число частиц

V – объем частицы

λ - длина волны падающего света

K – коэффициент, учитывающий природу частиц и растворителя.

Множитель 1/λ⁴ указывает на быстрое возрастание интенсивности рассеянного света с уменьшением длины волны падающего света.

Концентрация, по определению, характеризует число частиц в единице объема:

N

С = NAV ,

Где V – объем суспензии; NA – постоянная Авогадро.

Подставляя уравнение, получаем

NA cVVi²

W= kW_o λ⁴

При строгом соблюдении условий приготовления объемы суспензированных частиц получают примерно одинаковыми и их размеры вполне удовлетворительно воспроизводятся от опыта к опыту. При постоянных V,Vi, λ уравнение принимает вид

W=kW_oc или W/Wo = kc

lg W/W₀ = KC - lg W/W₀ =-lgK – lg C

Уравнение показывает, что отношение мощности прошедшего светового потока пропорциональна концентрации взвешенных частиц и мощности вышедшего светового потока. Градуировочный график в координатах I/Io как функция с будет линеен.

I/I₀

C

Рис. 1.2.2.

, где I/I₀=Т

Т – коэффициент светопропускания(прозрачности)

Из уравнения следует, что

A каж= - lg c – lg k

Т.е. кажущаяся оптическая плотность Акаж уменьшается с ростом концентрации увеличивается число рассеивающих частицы интенсивность рассеянного света возрастает.

В соответствии с уравнением график в координатах Акаж – lgc будет линеен в противоположность графику в координатах Акаж – с.

A_K

A_K

C

-lgC

Рис. 1.2.3 Рис. 1.2.4.

При достаточном разбавлении раствора интенсивность света It , прошедшего через суспензию или другую мутную среду, подчиняется уравнению, имеющему при постоянстве некоторых условий вид, аналогичный уравнению закона Бугера – Ламберта – Бера:

Wt

lg Wo = - klc,

где l - толщина слоя, а k иногда называют молярным коэффициентом мутности раствора, k – зависит от природы вещества, длины волны и размера частицы.

Уравнение справедливо в условиях строгого постоянства условий получения суспензии.

№3.

При нефелометрическом и турбодиметрическом методе анализа необходимо определять ряд условий определяющих успешность работы.

1. так как применняются сильно разбавленные растворы, получаемые взвеси должны иметь ничтожную растворимость.

2. Размеры частиц взвеси должны быть одинаковыми, для этого необходимо соблюдать концентрации ионов, образующие осадок, отношение между концентрациями смешиваемых растворов, порядок и скорость смешения, время, необходимое для получения максимальной мутности, температура, наличие защитных коллоидов.

3. Взвеси должны быть стойкими во времени и не осядат при стоянии. Для увеличения стойкости применяют стабилизирующие коллоиды (желатин, крахмал).

Нефелометрические и турбодиметрические методы обладают высокой чувствительностью. Однако применение этих методов не имело широкого распространения в практике производств, лабораторий. Это связано с трудностями соблюдения условий нефелометрического и турбодиметрических определений.

№4.

Нефелометрические определения в основном проводят с помощью нефелометров – приборов, аналогичных по конструкции фотометрам, но имеющие приспособления для наблюдения рассеянного света под углом 90⁰ к направлению падающего луча.

Нефелометр НФМ - предназначен для определения концентрации суспензий и эмульсий. Прибор построен на принципе уравнивания двух световых потоков, одного - от рассеивающей смеси, другого от матового или молочного стеклянного расеивателя прибора. Уравнивания потоков производятся путем изменения интенсивности одного из потоков перемешанной диафрагмы.

Начинают измерения с пробы имеющей наибольшую концентрацию.

Светофильтр подбирают так, чтобы левая фотометрическое поле окуляра несколько светлее правого.

Вращение правого барабана уравнивают фотометрические поля по яркости и берут отсчет по красной шкале. Иногда проба с наибольшей концентрацией настолько сильно рассеивает свет, что яркость левого поля будет меньше яркости правого поля при любых рассеивателях. Тогда левый барабан необходимо установить не на ноль, а на любое целое деление, так чтобы левое поле оказалось светлее правого.

Снимают показания со всех растворов и строят градуировочный график.

8

1

6

7

9

10

11

2

3

4

10’

12

9'

5

7’

8'

Рис. 1.2.5. Схема нефелометра НФМ.

1- электрическая лампа; 2,11 – светофильтры; 3 – стеклянная пластика; 4 -кювета с исследуемым раствором; 5 – ловушка света; 6 – стеклянный рассеиватель; 7,7’, 9,9’ – линзы; 8,8’ – уравнительные диафрагмы; 10,10’ – ромбические призмы; 12 – окуляр.

№5.

Фототурбидиметрическое титрование.

П

50

ри турбидиметрических измерениях законы фотометрии соблюдаются для очень разбавленных дисперсных систем. Для получения суспензий с одинаковыми оптическими свойствами необходимо строго соблюдать постоянство температуры, порядок и скорости смешения растворов; большое значение имеет относительное пересыщение растворов, присутствие посторонних веществ и др. Указанные трудности практически отпадают, когда конечную точку находят методом фотоэлектротурбидиметрического титрования.

40

30

20

10

1

2

3

4

5

6

7

8 V Pb(CH₃COO)₂, мл

Рис. 1.2.6. Фототурбидиметрическое титрование молибдата аммония раствором ацетата свинца.

Фототурбидиметрическое титрование может быть проведено с помощью титрационного фотоколориметра. При этом в кювету с анализируемым раствором небольшими порциями из бюретки прибавляют раствор реагента, образующего с определяемым ионом малорастворимое соединение. После прибавления каждой порции реагента отмечают показания гальванометра. В конечной точке наблюдается максимум помутнения, что соответствует минимальному отклонению стрелки гальванометра. Дальнейшее прибавление реагента не изменяет интенсивности помутнения, а иногда даже приводит к ее уменьшению в следствии слипания мелких частиц в более крупные. Конечную точку находят графически. На рис.2.3. показана кривая фототурбидиметрического титрования молибдата аммония раствором ацетата свинца.