Турбидиметрический метод анализа

 

Данный вид исследования мутных сред основан на измерении изменения интенсивности потока световой энергии, прошедшего через дисперсную систему. Изменение потока световой энергии вызвано как поглощением, так и его рассеянием дисперсной системой. Метод аналогичен колориметрическому методу, но в ряде случаев измерение может происходить в потоке «белого света» без применения фильтров.

С точки зрения чувствительности метода, сравнение нефелометрии и турбидиметрии оказывается в пользу нефелометрии, т. к. этот метод более чувствителен, когда небольшое количество взвешенных частиц приводит к заметному возрастанию сигнала при незначительном фоне.

Влияние фонового рассеяния уменьшено в ряде приборов отказом от измерения рассеяния под углом 90° и электронным вычитанием фоновых сигналов (скоростная нефелометрия).

С другой стороны, принято считать, что если уровень регистрируемого рассеяния не превышает 20% от световой энергии, поступающей в дисперсную среду, то результаты турбидиметрических измерений могут оказаться недостоверными.

Преимущество турбидиметрического анализа заключается в том, что измерения могут быть выполнены практически на любом колориметре или фотометре. Повышение чувствительности турбидиметрических исследований может быть достигнуто за счет использования спектрофотометров с высококачественными детекторами.

Направления прохождения потоков световой энергии, поясняющие принципы проведения турбидиметрических исследований, показаны на рисунке

Основные компоненты, которые используются при построении нефелометрических и турбидиметрических приборов, похожи и включают источник света, фильтр и фокусирующую световой поток систему линз, кювету с образцом и детектор с устройствами отображения и регистрации результата. В качестве источника света обычно используются ртутные дуговые лампы, вольфрамо-йодистые лампы и гелий-неоновые лазеры. Лазеры излучают монохроматический свет, сконцентрированный в узкий и интенсивный луч. Однако лазеры очень дороги и могут излучать ограниченный набор фиксированых по частоте волн

 

Рис.15. Схема, иллюстрирующая направления светового потока при турбидиметрии.

 

1 — источник световой энергии (лампа накаливания, импульсная лампа); 2 — полосовой фильтр, в некоторых случаях фильтр отсутствует, и измерение проводится в «белом» свете; 3 — кювета; 4 — фотоприемник; Ф„ — падающий поток световой энергии; Ф_р — поток световой энергии, рассеянный жидкой дисперсной системой; Ф — поток световой энергии, прошедший раствор

Основные количественные соотношения в нефелометрии и турбидиметрии

В нефелометрическом анализе используется явление рассеяния света твердыми частицами, находящимися в растворе во взвешенном состоянии. Обычно рассеяние света наблюдается в направлении, перпендикулярном к направлению падающего света. Интенсивность светорассеяния подчиняется уравнению

I_Г = I_okc или I_r/I₀ = к e,

где I_Г и I₀ — интенсивности рассеянного и падающего света соот­ветственно;

к — коэффициент, зависящий от свойств суспензии и типа прибора;

с — концентрация.

Введем обозначение I_r/I₀ = T_каж — кажущийся коэффициент пропускания.

Получаем

T_каж = kc.

Прологарифмируем и введем обозначение

-lg I_r/I₀ = А_каж = -lg k - lg с; А_каж = В - lg с,

гдеА_каж — кажущаяся оптическая плотность.

Линейный градуировочный график может быть построен как в координатах А_каж — lg с, так и в координатах Т_каж — с

Турбидиметрический анализ основан на измерении светового потока, прошедшего через мутную среду. Ослабление интенсивности света при этом описывается формулой, аналогичной уравнению Бугера—Ламберта— Бера:

 

-lg (1/I_Q) = klc,

 

где k — эмпирическая постоянная;

l — толщина слоя раствора;

с — концентрация.

 

Измерения проводят с помощью фотоэлектроколориметров, причем техника измерений аналогична технике фотометрирования. Для нахождения концентрации применяют метод градуировочного графика.

Достоинством нефелометрических и турбидиметрических методов является их высокая чувствительность, что особенно ценно в случае определения элементов, у которых не наблюдается цветных реакций. Однако погрешность определения в нефело- и турбидиметрических методах несколько больше, чем в фотометрических, что связано с трудностями получения суспензий, обладающих одинаковыми размерами частиц, стабильностью во времени и т. п.

Вопросы

 

1. На чем основаны методы нефелометрии и турбидиметрии?

2. Привести основной закон светорассеяния (уравнение Релея) охарактеризовать величины, входящие в это уравнение.

3. Какой свет — красный, желтый, синий или зеленый — рассеивается взвешенными частицами в наименьшей степени?

4. Исходя из уравнения Релея, вывести зависимость кажущейся оптической плотности от концентрации вещества в анализируемой суспензии.

5. Построить график зависимости А_каж от с; Т_каж от с и А_каж от lg с.

6. Какие условия нужно соблюдать для обеспечения необходимой точности нефелометрических определений?

7. С какой целью при нефелометрическом определении сульфат-- и хлорид-ионов прибавляют желатин?

8. Почему основным приемом анализа в нефелометрии является метод градуировочного графика?

9. Назвать примеры нефелометрических определений и указать условия проведения анализа.

10. Как связана интенсивность света, прошедшего через суспензию, с концентрацией анализируемого вещества в методе турбидиметрии?

11. Какие условия нужно соблюдать для обеспечения необходимой точности турбидиметрических определений?

 

Решение типовых задач

См. Васильев В.П. Сборник вопросв, упражнений и задач. стр. 209-213

Экспериментальная часть