Нефелометрія і турбідиметрія

Нефелометричний метод аналізу заснований на спроможності колоїдних систем розсіювати світло. Визначаючи інтенсивність опалесценції даної системи, можна визначити розмір колоїдних часток або концентрацію дисперсної фази.

В основі нефелометрії полягає рівняння Релея:

де , - інтенсивність відповідно розсіяного світла та світла що падає; К - величина стала для даного колоїду, вона залежить від показників переломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища; N - число часток в одиниці об'єму; V - об’єм частки; l - довжина хвилі світла, що падає.

Добуток NV пропорційний масовій частці даного золю. Якщо об'єднати всі постійні для даного золю величини в К, можна написати рівняння:

.

Це співвідношення дозволяє використовувати вимірювання інтенсивності розсіяного світла для визначення масової концентрації досліджуваного колоїду (якщо розміри часток не змінюються і рівні розмірам часток стандартного золю).

Метод використовується, зокрема, для аналізу аніонів (наприклад, SO₄^2–, PO₄^3–та інші).

При власне нефелометрії джерело і приймач світла у фотометрі розташовані взаємно перпендикулярно. Таким чином, вимірюється розсіяне світло. Схема спостереження в нефелометрії зображена на рис. 9:

 

 

Рис. 9. Схема спостереження в нефелометрії:

Д. в.- джерело випромінювання, К - кювета, ФЕ - фотоелемент, Г - гальванометр.

 

Турбідиметричним методом аналізу називається метод, який заснований на вимірюванні послаблення інтенсивності світлового потоку, який пройшов через розчин, що містить тверді частки.

,

де К – коефіцієнт каламутності. При турбідиметрії джерело і приймач світла знаходяться на одній осі, тому вимірюється послаблення світлового потоку, що пройшов крізь мутний (колоїдний) розчин.

 

Схема спостереження в турбідиметрії наступна (рис.5):

 

 

Д.в.

 

 

Рис. 10. Схема спостереження в турбідиметрії.

 

При нефелометричних і турбідиметричних вимірюваннях можна використовувати фотоколориметри.

Лабораторна робота № 3

Нефелометричний аналіз

Мета роботи: визначити вміст іонів SO₄^2- у досліджуваних розчинах нефелометричним методом.

Принцип методу: іони барію та сульфат-іони утворюють дисперсну систему малорозчинного в кислих розчинах барій сульфату (добуток розчинності BaSO₄ ДР *= 1,1 · 10^–10)

SO₄^2– + Ba²⁺ → BaSO₄↓.

Для забезпечення вибірковості визначення сульфатів відносно карбонатів, фосфатів, хроматів реакцію проводять у кислому середовищі.

Обладнання і реактиви: фотометр ЛМФ-72, колби об’ємом 100 мл, мірна колба об’ємом 500 мл, мірний пальчик, піпетки на 1 мл, 5 мл, 10 мл, желатин, барій хлорид (BaCl₂) кристалічний, розчин сульфатної кислоти (H₂SO₄) з молярною концентрацією еквівалентів 0,05 моль/л.

Готування розчинів

Барій хлорид, насичений розчин. Розчиняють при нагріванні 8,8 г BaCl₂ у 20 мл води, розчин охолоджують і фільтрують.

Готування желатину. У 50 мл води, яка нагріта до 60°С, розчиняють 0,2 г желатину, розчин фільтрують і охолоджують. Желатин є стабілізатором суспензії.

 

Виконання роботи

У колбу об’ємом 500 мл відмірюють точно 104 мл розчину сульфатної кислоти, доводять до мітки водою і перемішують. Такий розчин містить 0,5 мг іонів SO₄^2- у 1 мл. Цей розчин служить вихідним для готування стандартного розчину. У дві мірні колби об’ємом 100 мл поміщають по 2 мл розчину барій хлориду, розбавляють трохи водою і додають по 3 мл розчину з масовою часткою желатину 0,4 %. Потім при перемішуванні в одну з колб, у якій буде знаходитися стандартний розчин, уводять таку кількість сульфатної кислоти, щоб у ній утримувався 1 мг іонів SO₄^2-. Одночасно в іншу колбу з досліджуваним розчином добавляють довільну (але відому) кількість іонів SO₄^2-. Об’єм обох розчинів швидко доводять до мітки і вміст колб старанно перемішують. Через 3 - 5 хвилини розчини переносять у кювети нефелометра і проводять виміри. Якщо похибка виміру не перевищує 2 %, одержують у викладача контрольні розчини і визначають їхню концентрацію.

Робота з фотометром ЛМФ-72

1. Для переключення приладу в режим нефелометрії перемикач "род работы" і ручку переключення кювет витягають на себе до упора.

2. Включають прилад у мережу. Натискують кнопку "сеть" і "расширитель". Прилад прогрівається 30 хвилин.

3. Ручку “чувствительность” (грубо, точно) обертанням проти годинної стрілки встановлюють у нульове положення (до упора).

4. Для виміру використовують 3 прямокутні кювети.

5. Кювети заливають розчином до риски, беруть кювети за верхні кути, стінки кювет старанно протирають фільтрувальним папером.

6. У кюветне відділення вміщують кювету з дистильованою водою. Ручкою "установка 0" (грубо, точно) стрілку приладу сполучають із "0" шкали.

7. Вміщують у кюветну камеру кювету зі стандартним розчином і обертанням ручки "установка 100" проти годинникової стрілки і "чутливість" (грубо, точно) по годинниковій стрілці сполучають стрілку приладу з кінцевою точкою шкали (100).

8. Операції 6, 7 повторюють 3 - 4 рази до одержання сталого показника "0" і "100". Щораз, замінюючи кювету у кюветній камері, необхідно почекати 2 хвилини, а потім знімати показання приладу.

9. У кювету 3 заливають досліджуваний розчин, поміщають її в прилад і знімають показання по шкалі.

10. Розраховують концентрацію досліджуваного розчину стосовно стандартного, прийнявши концентрацію стандартного за 100.

11. По закінченні вимірів кювети промивають, протирають зсередини фільтрувальним папером. Прилад вимикають із мережі.

12. Дані заносять у таблицю 6.

Таблиця 6

Результати визначення іонів SO₄^2–

 

№ з/п	Кількість іонів SO4^2–, мг	Похибка, %
Взято	Знайдено
Випробування методики
Контрольні задачі

 

За результатами вимірювань зробити висновок.

 

Питання та вправи для самоконтролю

1. Наведіть основний закон світлорозсіяння (рівняння Релея) і охарактеризуйте величини, які входять до нього.

2. Які умови треба дотримувати для забезпечення достатньої точності нефелометричних вимірювань?

3. Як пов’язана інтенсивність світла, яке пройшло через суспензію, з концентрацією речовини, що аналізується, в методі турбідиметрії?

4. Назвіть переваги та недоліки методів нефелометрії та турбідиметрії?

5. Чим відрізняються між собою нефелометрія і турбідиметрія.

6. Які прилади використовують при нефелометричних вимірюваннях? Наведіть оптичну схему нефелометра.

7. При визначенні натрій хлориду у розчині натрій гідроксиду приготували серію стандартних розчинів. Для цього V мл розчину NaCl (T = 0,100 мг/мл) перенесли у мірні колби місткістю 25,0 мл, додали реактиви, які необхідні для одержання суспензії AgCl, виміряли удавані оптичні густини за допомогою нефелометра і одержали значення:

V, мл 0,30 0,50 0,80 1,50

D_{удавана} 0,670 0,550 0,390 1,150.

Наважку розчину, що аналізується, масою 21,74 г нейтралізували нітратною кислотою, перенесли у мірну колбу і приготували 50,0 мл розчину, 2,0 мл якого використали для приготування 25,0 мл суспензії AgCl. Визначити масову частку NaCl, якщо удавана оптична густина суспензії AgCl має значення 0,480. (відповідь: 0,0072 %).

 

Емісійна фотометрія