7.2. Нефелометрические и турбидиметрические анализаторы

Эти анализаторы применяются для контроля концентрации нерастворенных взвешенных частиц в жидкостях и газах. Нефелометры и турбидиметры могут быть использованы также и для контроля концентрации взвешенных частиц в газах. В частности, они могут быть применены для контроля концентрации дыма в коптильных цехах. В них используются мето­ды, основанные на рассеянии и поглощении света в мутных средах.

При прохождении светового потока через среду часть его рассеивается, часть поглощается в зависимости от концентрации. При этом мерой концентрации может служить как интенсивность рассеянного светового потока (нефелометрические методы измерения), так и прошедшего через слой контролируемой среды (турбидиметрические методы измерения).

При использовании нефелометрических методов измеряют интенсивность рассеянного светового потока Ф_р. Соотношение между падающим Ф₀ и рассеянным Ф_р световыми потоками описывается законом Релея:

Ф_р = Ф₀∙к_рNV²/λ⁴ ,

где к_р – коэффициент рассеяния;

N – число частиц;

V - объем частиц;

λ - длина волны падающего света.

Д ействие прибора основыва­ется на сопоставлении интенсивности света, рассеянного средой, с интенсивностью рассеяния эталона.

Рис. 7.3

В рассматриваемой схеме не­фелометра (рис. 7.3) свет от источника 1 проходит через окно 2 и попадает в измерительную камеру 3. При этом часть его рассеивается и проходит через окно 4. Световые потоки периодически прерываются обтюратором 5 и попеременно направляются на фотоэлемент 6. Выравнивание их осуществляется оптическим клином 7, приводимым в движение реверсивным двигателем 8, который также связан со стрелкой вторичного прибора

В турбидиметрах соотношение между прошедшим световым потоком Ф_пр через контролируемую среду (суспензию) и вошедшим в нее Ф₀ может быть выражено следующим образом:

Ф_пр=Ф₀ е^-КоlN .

Выражая это соотношение через оптическую плотность, будем иметь :

D= ln Ф_о/Ф_пр = к_оlN,

где l - толщина слоя;

N - количество частиц в единице объема;

к_о - коэффициент ослабления.

Для частиц, размеры которых значительно больше длины волны, коэффициент ослабления пропорционален поверхности частицы. Для сферических частиц

к_о= π r² ,

где r - радиус частицы.

Приведенная схема турбидиметрического анализатора представ­ляет собой дифференциальную систему с нулевым отсчетом.

П оток света (рис. 7.4) от источника 1 проходит через коллиматор 2, свето­фильтр 3 и специальные оптические устройства 4, разделяю­щие его на рабочий и компенсационный каналы. В компенсационном канале нейтральный фильтр 5 служит для начальной настройки прибора при растворе, не содержащем контролируемого компонента. Далее световой поток направляется на фотоприемник 9.

Рис. 7.4

В рабочем канале находятся два светофильтра: компенсацион­ный 6 и для настройки 7, кювета с анализируемой средой 8 и вторая половина фотоприемника 9. Фотоприемник 9 представляет собой два противовключенных источника ЭДС. Уси­ленная разность напряжений поступает на фазочувствительную обмот­ку реверсивного двигателя РД, связанного с компенсационным светофильтром 6, перемещение которого обеспечивает компенсацию в разнице ос­вещенности рабочего фотоприемника, а также стрелкой прибора и движком реохорда вторичного прибора.

Основная погрешность таких приборов составляет ±2,5–4 %.