Взаимодействие света со взвешенными частицами

Аналитические возможности и метрологические характеристики нефелометрии и турбидиметрии

Аналитические возможности.

С помощью методов нефелометрии и турбидиметрии можно определять малые концентрации (< 100 мг/л) многих ионов, которые образуют МРС:

§ галогенид-ионы Г^– в виде AgГ;

§ SO₄^2– в виде BaSO₄;

§ анионы, которые образуют белые или бесцветные осадки (C₂O₄^2–, PO₄^3–);

§ реже – катионы, которые образуют белые или бесцветные осадки (Ag⁺, Ba²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, Pb²⁺, Ca²⁺).

Эти методы выбирают для проведения анализа в двух случаях:

1) если вещество невозможно определить фотометрически, т. к. для него неизвестны цветные реакции (например, SO₄^2–, Cl^–);

2) если осаждение МРС оказывается более чувствительным, чем позволяют существующие фотометрические методы.

Применение методов нефелометрии и турбидиметрии ограничено, т. к. на аналитический сигнал сильно влияет размер частиц суспензии и их форма. Например, мелкие кристаллы BaSO₄ могут принимать разную форму, что влияет на рассеяние света.

Метрологические характеристики:

§ Невысокая точность – от 2–5% до 10–15%.

§ Высокая чувствительность – главное достоинство этих методов. Нефелометрия является более чувствительным методом, чем турбидиметрия, поскольку рассеянный свет наблюдают на тёмном фоне. Например, при определении SO₄^2– в виде BaSO₄ предел определения составляет С_min = 0,01–0,1 мг/л.

§ Простота выполнения и оборудования.

§ Низкая воспроизводимость результатов, которая обусловлена тем, что трудно добиться, чтобы размер и форма частиц воспроизводились.

Основным явлением, которое имеет место при взаимодействии света со взвешенными частицами, является рассеяние (поглощения света практически не происходит).

Рассеяние – это случайное изменение направления распространения света.

Рассеяние зависит от следующих факторов.

1. Длины волны падающего света: чем больше λ, тем меньше I_р.

2. Размера и формы частиц:

§ для небольших частиц (r ≤ 0,1λ) наблюдается рэлеевское рассеяние, в этом случае I_р ~ 1 / λ⁴;

§ для более крупных частиц (0,1λ < r ≤ 2/3λ) наблюдается рассеяние Тиндаля, в этом случае степень при λ уменьшается;

§ для очень больших частиц (r > λ) наблюдается отражение света, которое не зависит от λ.

На рис. 56 показана зависимость интенсивности рассеянного света от размера частиц BaSO₄.

 

Размер частиц, мкм

Рис. 56. Зависимость интенсивности рассеянного света

от размера частиц BaSO₄