Нефелометрия, турбидиметрия.

Методы анализа, основанные на рассеянии света.

Эти методы основаны на измерении интенсивности света, рассеянного взвешенными частицами мутной среды (суспензиями, эмульсиями) или пропущенного этими же средами.

В этих методах определяемый компонент переводят в труднорастворимое соединение, способное образовать относительно устойчивую дисперсную систему в начальный период формирования осадка. Этому условию удовлетворяют, в частности, реакции образования сульфата бария и хлорида серебра.

Осадок образуется тога, когда произведение концентраций катионов и анионов в степенях, равных стехиометрическим показателям, превышает величину произведения растворимости.

Формирование осадка, пригодного для количественных определений, зависит от условий осаждения: концентрации реагирующих веществ, температуры, РН растворов, скорости и порядка их сливания и пр. Эти условия подбираются в каждом конкретном случае таким образом, чтобы система обладала агрегативной устойчивостью, т.е. сохраняла во времени постоянство размера частиц и равномерность их во всем объеме раствора ( без взаимодействия частиц друг с другом, без отделения их от раствора). В реальных условиях агрегативную устойчивость таких систем повышают добавлением сильного электролита, который снижает межфазовое взаимодействие и (или) добавлением веществ, увеличивающих вязкость среды (стабилизаторов), что снижает скорость коагуляции.

 

Взаимодействие света с дисперсной системой.

Если световой поток с интенсивностью J₀ падает на кювету, содержащую суспензию или эмульсию, то часть света рассеивается (J_р), часть света поглощается, часть света проходит через дисперсную систему.

(см.рис)

Нефелометрия

Частицы с размерами менее 0,1λ одинаково рассеивают свет по всем направлениям, такое рассеяние называется Рэлеевским. Большие по размеру частицы также рассеивают излучение однородно в пространстве, однако в обратном направлении рассеивается значительно меньшая его часть, такое рассеяние называют эффектом Тиндаля.

J_р связана с J₀ уравнение Рэлея:

J_р = J₀ [ F NV²/λ⁴r²(1 +Cosβ),

где F – функция, определяемая показателем преломления системы;

N - общее число частиц в данном объеме раствора;

V - объем частицы;

λ - длина волны падающего излучения;

r - расстояние до наблюдателя;

Для двух гетерогенных систем одинакового состава в пределах некоторых концентраций значения F постоянны. Объем частицы зависит от температуры, порядка и скорости сливания растворов реактивов, времени существования суспензии, присутствия посторонних электролитов. Все эти факторы должны учитываться при построении калибровочного графика.

При работе на одном приборе величины λ, r, β также постоянны. Следовательно,

J_р = J₀ k N, т.е.

Отношение интенсивностей рассеянного света в двух суспензиях, приготовленных в одинаковых условиях равно отношению числа взвешенных части (при одинаковых объемах – как отношение концентраций)

Калибровочный график в координатах J_р/ J₀ = f (C).

Измеряемая величина обычно - lg J_р/ J₀= A_каж - кажущаяся оптическая плотность. Поэтому для сохранения линейности калибровочного графика его следует строить в координатах A_каж= f (lg C).

Турбидиметрия.

Этот метод анализа основан на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через дисперсную систему. При достаточном разбавлении интенсивность прошедшего света подчиняется закону, аналогичному закону Бугера-Ламберта-Бера.

lg(I_р/ I₀) = k¹bC,

где С – концентрация поглощающего вещества, моль/л;

b - толщина слоя раствора, см;

k¹ – молярный коэффициент мутности.

- lg(I_р/ I₀) = А_каж – кажущаяся оптическая плотность

А_каж= k¹bC, т.е. между кажущейся оптической плотностью и концентрацией при размерах частиц дисперсной фазы <0,1λ зависимость прямопропорциональная.

В практике эти методы могут быть использованы для количественных определений при достаточно низких концентрациях взвешенных частиц (не выше 10^-2 – 10^-3 моль/л) и при строгом воспроизведении условий опыта.