Турбидиметрия и нефелометрия

При прохождении пучка света через дисперсные системы наблюдается рассеяние или поглощение света твердыми частицами. Это явление положено в основу нефелометрии и турбидиметрии.

Суть обоих методов анализа состоит в том, что определяемый компонент переводят в малорастворимое соединение, которое находится в виде взвеси, и измеряют интенсивность рассеянного света или ослабление светового потока этой суспензией.

Требования к реакциям осаждения при проведении анализа:

-продукт реакции практически не растворим;

-продукт реакции должен находиться в виде взвеси.

В основе обоих методов лежат сразу два закона: Бера и Релея.

Закон Релея описывает зависимость интенсивности светового потока от ряда факторов:

-интенсивности падающего света I₀,

-коэффициента преломления частиц в растворе n₁,

-коэффициента преломления среды n,

-числа частиц взвеси N,

-объема рассеивающей частицы V в приближении, что она – шар,

-длины волны падающего света λ,

-расстояния до наблюдателя (фотоэлемента) r,

-угла между направлениями падающего и рассеянного света β.

.

Величина  - фактор преломления.

Нефелометрический анализ

В нефелометрическом методе измеряют интенсивность рассеяния падающего света. При нефелометрических измерениях считают постоянными значения фактора преломления F, объема частицы V, расстояния до фотоэлемента r, угла между направлениями падающего и рассеянного света β. С учетом сказанного базовое уравнение закона Релея можно привести к виду:

,

где ,

Интенсивность рассеянного светового потока прямо пропорциональна числу частиц во взвеси или концентрации определяемого вещества в растворе.

Для измерения интенсивности рассеянного света фотоприемник ставят под прямым углом к направлению потока падающего света.

Количественный нефелометрический анализ выполняют

1. По двум растворам

Измеряют интенсивность рассеянного света двух растворов, один из которых – стандартный с известным содержанием определяемого вещества. Концентрацию исследуемого раствора определяют из соотношения:

.

2. По градуировочному графику

Готовят серию стандартных растворов с различным содержанием определяемого компонента и измеряют интенсивность рассеянного света. Строят градуировочный график в координатах D_каж – pС. D_каж – кажущаяся оптическая плотность, рассчитывается по уравнению  или непосредственно измеряется при помощи нефелометра (прибора для нефелометрического анализа); pС = -lgC. Затем отбирают аликвотную часть исследуемого раствора, прибавляют необходимые по анализу реактивы и измеряют интенсивность рассеянного света или кажущуюся оптическую плотность и по графику определяют концентрацию определяемого вещества в пробе.

Турбидиметрический анализ

В методе турбидиметрии учитывается ослабление интенсивности светового потока под действием сразу двух факторов – поглощения света и его рассеяния. При выполнении турбидиметрического анализа измеряют ослабление светового потока. Фотоприемник ставят по направлению потока падающего света:

Ослабление светового потока определяется уравнением:

,

где d – средний диаметр поглощающий свет частиц; и α – константы, зависящие от метода измерения и природы суспензии; λ – длина волны; l – толщина поглощающего слоя; С – концентрация определяемого вещества; I₀ и I – интенсивность потока света – падающего и прошедшего через исследуемый раствор.

При аналитических определениях измерения проводятся при постоянных значениях среднего диаметра частиц d, характера суспензии и α, длине волны λ.

Обозначив

,

получим

или

,

где K – молярный коэффициент мутности.

1. Метод уравнивания. При помощи переменой диафрагмы уравнивают два световых потока: от исследуемой рассеивающей и поглощающей взвеси и от стеклянного (матового или молочно белого) рассеивателя прибора.

2. Метод градуировочного графика – как обычно, по серии контрольных растворов получают зависимость D – С, по которой определяют содержание вещества в исследуемой пробе по известному значению D.

3. Турбидиметрическое-нефелометрическое титрование. Этот метод применяют, когда определяемое вещество образует малорастворимое соединение с титрантом. Прибавление каждой порции титранта вызывает появление осадка, вследствие чего мутность увеличивается и в точке эквивалентности достигает максимального значения. При дальнейшем прибавлении титранта мутность может уменьшаться из-за коагуляции и оседания частиц осадка. Кривую титрования обычно строят в координатах D – VT.