Физ. основы нефелометрии и турбидиметрии.

Нефелометрический и турбидиметрический методы анализа основаны на явлении рассеянии или поглощения светатвердыми или коллоидными частицами,находящимися в жидкой фазе во взвешенном состоянии.Если световой поток интенсивностью Iо падает на кювету с р-ром, то часть этогопотока I_k отражается от стенок кюветы и поверхности р-ра,часть его I_а поглощаетсямолекулами вещ-ва, I содержащегося вр-ре, и расходуется на изменение электронной и вращательной энергии этих молекул, часть энергии I_а, поглощаетсямолекулами самого р-ля.Если свет с интенсивностью I₀ проходит через дисперсную сис­тему (эмульсию, суспензию), то к оптическим явлениям, перечисленным выше, добавляетсярассеяние и поглощение света дисперсными частицами (рис. 1). В направлении, перпендикулярном к падающему свету, будет наблюдаться рассеянный световой поток с интенсивностью I_r; в направлении, совпадающем с направлением падающего светового потока, за кюветой с исследуемым раствором — ослабленный световой поток с интенсивностью I_t. Метод анализа, основанный на, измерении интенсивности световогопотока, рассеянного дисперсными частицами, находящимися в р-ре во извещенном состоянии, называется фотонефелометрией. Метод анализа, основанный на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через р-р, содержащий взвешенные частицы, называется турбидиметрией. Для системы, содержащей, взвешенные частицы, на основании закона сохранения энергии можно, записать: I₀= I_k+ I_a+ I_a^/ +I_r+ I_t ( 1 )

При работе на протяжении всего исследования с р-рами, одного и того же вещ-ва в одном и том же р-ле с использованием одной и той же кюветы, когда I_k, I _а, I_а^/ можно считать постоянными. Это уравнение примет вид I₀= I_r+ I_t (2)

Интенсивность потока I_r рассеиваемого частицами определяется уравнением Релея: I_r= I₀[(n₁²-n²)/n²) (NV²/l⁴r²) (l+cos²b)] (3), I₀ -интенсивность светового потока, падающего на кювету; n₁ и n-коэффициенты преломления частиц и среды, N-общее число частиц, V-объемчастицы; l-длина волны падающего света; r-расстояние до наблюдателя; b-угол образованный падающим и рассеянным светом.

Рассеяние света дисперсными частицами определяется природой частицы и среды, в которой они находятся (коэффициенты преломления), длиной волны падающего света, геометрическими размерами частицV, их количеством N, условиями наблюдения рассеяния r и b.

Принефелометрических исследованиях величины n₁,n, r и b =const, и уравнение Релея может быть записано в виде I_r= I₀k(NV²/l⁴) (4), k- коэффициент пропорциональности, учитывающий природу частицы и условия проведения анализа. Из уравнения следует, что интенсивность рассеянного потока пропорциональна числу дисперсных частиц. На интенсивность рассеянного потока влияют не только кол-во, но и размеры частиц, что усложняет проведение нефелометрического анализа. Интенсивность рассеянного света быстро возрастает с уменьшением длины волны, если анализируемую суспензию осветить белым светом, то в результате значительно большего рассеяния коротких волн, рассеянный свет кажется голубым. Если вести нефелометрические исследования так, чтобы объем частиц и длина волны были постоянными, то

I_r = к С, (5), т.е. интенсивность рассеянного светового потока прямо пропорциональна концентрации суспензии.

При турбидиметрических измерениях интенсивность прошедшего светового потока может быть определена по уравнению: Ig I₀/I_t = kCbd³/ d⁴ + al⁴, (6), где I₀ - интенсивность падающего светового потока; I_t - интенсивность светового потока, прошедшего через раствор; С - концентрация поглощающих частиц в растворе; b- толщина поглощающего слоя раствора; d - средний размер поглощающих частиц; k и a- константы, зависящие от природы суспензии и метода измерения; a -длина волны.

При постоянных d, l, k и d получаем Ig I₀/I_t = kCb (7), т.е. основное уравнение турбидиметрии имеет вид, аналогичный уравнению Бугера-Ламберта-Бера: I_t = I₀ 10^-kbc, (8), где k - молярный коэффициент мутности раствора.

Нефелометрический и турбидиметрический анализы могут быть применены для исследования процессов, в основе которых лежат химические реакции, сопровождающиеся осаждением продуктов. Основные требования к этим реакциям:

1)получаемые осадки должны быть практически нерастворимыми, т.к. при турбидиметрических и нефелометрических исследованиях обычно применяют сильно разбавленные растворы;

2)получаемые осадки должны находиться и виде взвеси (cуспензии) с воспроизводимыми размерами частиц и, следовательно
воспроизводимыми оптическими свойствами;

3)получаемые взвеси должны быть стойкими во времени, т.е.
должны оседать в течение достаточно длительного времени.

На оптические размеры частиц и оптические свойства суспензии оказывают влияние следующие факторы: 1)концентрация ионов, образующих осадок; 2)соотношение между концентрациями смешиваемых растворов; 3)порядок смешивания растворов; 4)скорость смешивания; 5)время, необходимое для получения максимальной мутности; 6)стабильность дисперсии; 7) присутствие посторонних электролитов; 8) присутствие неэлектролитов; 9) температура; 10)наличие защитных коллоидов (крахмал, желатин, агар-агар).

Т.о., необходимым и обязательным условием проведения турбидиметрических и нефелометрических анализов является изучение влияния всех факторов и жесткая стандартизация условий подготовки вещ-в к неф. и турб. измерениям.