18 Турбидиметрия в исследованиях дисперсных сред

Турбидиметрия – это оптический метод исследования неоднородных (дисперсных) сред, основанный на совокупности принципов рассеяния и поглощения излучения.

Если α_р - показатель рассеяния, то ослабленный за счет рассеяния поток:

Ф_р = Ф₀ e^-αрх

Величина потока, ослабленного совокупностью рассеяния и поглощения:

Ф₁ = Ф_р e^-αх = Ф₀ e^{-(αрх + αх)} = Ф₀ e ^{–γ х}

где α_р +α =γ – показатель совокупного ослабления

Учитывая, что совокупная оптическая плотность среды, легко определить:

c= D_р /ε_т l

здесь ε_т – молярный турбидиметрический коэффициент ослабления.

Удельный показатель ослабления для взвеси частиц определяется по формуле:

ε_т = πr²;

где r – размер частиц.

Подставив это значение в формулу Бугера–Ламберта-Бера и решив его относительно размера частиц, найдем:

Таким образом, удается определять среднестатистический размер взвешенных частиц, либо их концентрацию. Широко известен ряд фотоэлектрических колориметров-нефелометров компенсационного типа ФЭК (например ФЭК-60 и др.). Типовая схема колориметра-нефелометра типа ФЭК содержит:

1 и 2 – кюветы,

3 – щелевые диафрагмы, 4 – источник света,

5 – спектральный светофильтр, 6,7 и 8 – оптическая система,

9 – фотоприемники,

10 – электроника,

11 – оптический клин-компенсатор.

19 Методы микроскопии в исследованиях рассеивающих сред

Турбидиметрические и нефелометрические методы используются не только для исследования и контроля системно и для пересчета отдельных частиц применением микроскопии. Разрешение светового микроскопы света недостаточно для распознания мелких рассеивающих частиц размерами менее сотен нм. Коллоидные частицы не наблюдаются с помощью обычного оптического микроскопа.

Рассеянный свет можно наблюдать сбоку на темном фоне. Видимый сбоку луч получил название конуса Тиндаля.

С

N – число частиц в поле зрения.

V_вид – видимый объем.

V – полный объем кюветы, где растворено m [кг] взвеси.

В поле зрения попадает m’= m∙ V_вид/V [кг] взвеси.

Это в объемном выражении

V_взв= m’/ρ= (m∙V_вид )/(V∙ρ),

где ρ - плотность вещества дисперсной фазы [кг/м³].

Итак, N –частиц в поле зрения имеют суммарный объем V_взв. Тогда средний объем одной частицы составляет

хема микроскопа рассеянного излучения показана на рисунке 19.1.

Рис.19.1. Схема щелевого ультрамикроскопа. 1 - микроскоп; 2 - камера с золем; 3 и 5- линзы; 4 – щель.

Излучение дуговой лампы фокусируется линзами (3 и 5) на рассеивающей системе. Рассеивающие частицы небольших размеров создают свечение в конусе Тиндаля, которое наблюдается посредством оптического микроскопа (1).

Метод ультрамикроскопии дает возможность определить средние размеры частиц. Для этого пересчитывают число частиц N в данном объеме V_вид. Средний объем частиц V_ч определяется отношением суммарного объема фазы взвеси V_взв к числу частиц взвеси N по формуле (19.1).

(19.1)

Пояснения. Если N – число частиц в поле зрения, V_вид – видимый объем, V – полный объем кюветы, где растворено m [кг] взвеси, то в поле зрения попадает m’= m∙ V_вид/V [кг] взвеси. Это в объемном выражении

V_взв= m’/ρ= (m∙V_вид )/(V∙ρ), (19.1)

где ρ - плотность вещества дисперсной фазы [кг/м³].

где m – масса растворенного вещества, V_вид - видимый объем, V – полный объем кюветы.