Физ. основы нефелометрии и турбидиметрии. Рассеяние и поглощение света

Нефелометрический и турбидиметрический методы анализа ос­нованы на явлении рассеянии или поглощения светатвердыми или коллоидными частицами,находящимися в жидкой фазе во взвешен­ном состоянии.

Если световой поток интенсивностью Iо падает на кювету с рас­твором, то часть этогопотока I_k отражается от стенок кюветы и по­верхности раствора,часть его I_а поглощаетсямолекулами вещества, I содержащегося врастворе, и расходуется на изменение электронной и вращательной энергии этих молекул, часть энергии I_а, поглощаетсямолекулами самого растворителя.

Если свет с интенсивностью I₀ проходит через дисперсную сис­тему (эмульсию, суспензию), то к оптическим явлениям, перечислен­ным выше, добавляетсярассеяние и поглощение света дисперсными частицами (рис. 1). В направлении, перпендикулярном к падающему свету, будет наблюдаться рассеянный световой поток с интенсивностью I_r; в направлении, совпадающем с направлением падающего светового потока, за кюветой с исследуемым раствором — ослабленный световой поток с интенсивностью I_t.

Метод анализа, основанный на, измерении интенсивности световогопотока, рассеянного дисперсными частицами, находящимися в растворе во извещенном состоянии, называется фотонефелометрией.

Метод анализа, основанный на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через раствор, содержащий взвешенные частицы, называется турбидиметрией. Для системы, содержащей, взвешенные частицы, на основании закона сохранения энергии можно, записать:

I₀= I_k+ I_a+ I_a^/ +I_r+ I_t ( 1 )

При работе на протяжении всего исследования с растворами, одного и того же вещества в одном и том же растворителе с использованием одной и той же кюветы, когда I_k, I _а, I_а^/ можно считать постоянными. Это уравнение примет вид

I₀= I_r+ I_t (2)

Интенсивность потока I_r рассеиваемого частицами определяется уравнением Релея:

I_r= I₀[(n₁²-n²)/n²) (NV²/l⁴r²) (l+cos²b)] (3)

I₀ -интенсивность светового потока, падающего на кювету; n₁ и n-коэффициенты преломления частиц и среды, N-общее число частиц, V-объемчастицы; l-длина волны падающего света; r-растояние до наблюдателя; b-угол образованный падающим и рассеянным светом.

Рассеяние света дисперсными частицами определяется природой частицы и среды, в которой они находятся (коэффициенты преломления, длиной волны падающего света, геометрическими размерамии частицV их количеством N, условиями наблюдения рассеяния r и b.

Принефелометрических исследованиях величины n₁,n r и b остаются постоянными, и уравнение Редея может быть написано в виде

I_r= I₀k(NV²/l⁴) (4)

k- коэффициент пропорциональности, учитывающий природу частицы и условия проведения анализа. Из уравнения следует, что интенсивность рассеянного потока пропорциональна числу дисперсных частиц. На интенсивность рассеянногоо потока влияют не только количество, но и размеры частиц, что усложняет проведение нефелометрического анализа. Интенсивность рассеянного света быстро возрастает с уменьшением длины волны, если анализируемую суспензию осветить белым светом, то в результате значительно большего рассеяния коротких волн, рассеянный свет кажется голубым.

Если вести нефелометрические исследования так, чтобы объем частиц и длина волны были постоянными, то

I_r = к С, (5)

т.е. интенсивность рассеянного светового потока прямо пропорциональна концентрации суспензии.

При турбидиметрических измерениях интенсивность прошедшего светового потока может быть определена по уравнению:

Ig I₀/I_t = kCbd³/ d⁴ + al⁴, (6)

где I₀ - интенсивность падающего светового потока;

I_t - интенсивность светового потока, прошедшего через раствор; С - концентрация поглощающих частиц в растворе; b- толщина поглощающего слоя раствора; d - средний размер поглощающих частиц; k и a- константы, зависящие от природы суспензии и метода измерения; a -длина волны.

При постоянных d, l, k и d получаем

Ig I₀/I_t = kCb (7)

т.е. основное уравнение турбидиметрии имеет вид, аналогичный уравнению Бугера-Ламберта-Бера:

I_t = I₀ 10^-kbc, (8)

где k - молярный коэффициент мутности раствора.

Дата добавления: 2015-06-04