Нефелометричний і турбідиметричний методи аналізу

Під колоїдною системою розуміють таку дисперсну систему, кінетичною одиницею якої є не іон і не молекула, а агрегати, які складаються з великої кількості молекул.

Агрегати називають дисперсною фазою, а середовище, в якому вони знаходяться, – дисперсійним середовищем.

Щоб приготувати колоїдні розчини, потрібні часточки твердого тіла розмірами від 1 до 100 нм. Для цього можна скористатися двома протилежними методами.

– диспергаційний – подрібнення масивних часток твердої фази до відповідного ступеня дисперсності.

– конденсаційного, процес кристалізації певної речовини з розчину або з газової фази до утворення тільки малих кристалів колоїдного ступеня дисперсності.

Класифікація за ступенем дисперсності

1. Грубодисперсні системи (суспензії, емульсії, порошки, піни) – 10^-3 – 10^-5

2. Колоїдно-дисперсні системи (колоїдні розчини) – 10^-5 – 10^-7

3. Молекулярно- та йонно-дисперсійні системи (справжні розчини):

розчини високомолекулярних сполук 10^-6 – 10^-7

розчини низькомолекулярних сполук (цукор NaCl) 10^-8

Класифікація за агрегатним станом:

т/р – суспензії, колоїдні розчини;

р/р – емульсії (молоко, мастила)

г/р – газові емульсії, піни;

т/т – мінерали, сплави;

р/т – пористі тіла, адсорбенти;

г/т – пемза, силікагель, активоване вугілля;

т/г – аерозолі (пил, дим);

р/г – аерозолі (туман, хмари);

г/г – не є дисперсною системою (атмосфера Землі)

Нефелометрія і турбідиметрія базуються на тому, що компонент, який визначається, переводять у малорозчинну сполуку, яка знаходиться у вигляді колоїдного розчину чи суспензії, які здатні розсіювати світло.

І_посл (турбідиметрія)

І_розс (нефелометрія)

Турбідиметричний метод аналізу – заснований на вимірюванні послаблення світлового потоку, який проходить крізь дисперсну систему.

Зв’язок між інтенсивністю світла, що пройшло через суспензію, і концентрацією частинок зависі, визначається рівнянням:

,

де D – роззіяна здатність, величина аналогічна оптичній густині,

I_o – інтенсивність падаючого на суспензію пучка світла;

I - інтенсивність пучка світла, що пройшов через суспензію;

К - коефіцієнт пропорційності, який залежить від природи суспензії;

b - товщина поглинального шару суспензії;

r - середній діаметр частинок;

l - довжина хвилі падаючого світла;

a - константа, яка залежить від природи суспензії та способу вимірювання інтенсивності.

Визначення концентрації речовини проводять при сталих l, r, a, і К, тому можна записати скорочений варіант рівняння:

,

де К – молярний коефіцієнт мутності.

Якщо вміст речовини знаходять за інтенсивністю розсіяного світла I_розс, то такий метод називають нефелометричним.

При проходженні пучка світла І_о через дрібні тверді частинки, що знаходяться в розчині у вигляді суспензії, частина світлової енергії I_розс відбивається, а частина I проходить через кювету. На основі закону збереження енергії можна записати:

I_о = I _розс + I.

Значення обох членів I_розс і I у рівнянні залежить від концентрації завислих частинок у розчині.

Інтенсивність світлового потоку, що розсіюється дрібними частинками зависі, описується рівнянням Релея:

I _розс = I_o К ,

де I_розс – інтенсивність розсіяного світла;

I_o - інтенсивність падаючого світла;

K - коефіцієнт пропорційності;

n - число частинок у 1 см³;

V - об’єм однієї частинки;

l - довжина хвилі падаючого світла.

Об’єднавши величини І_o, К і l⁴ в одну сталу К і знаючи, що n» C, записуємо: I_розс = К С, тобто інтенсивність розсіяного світла прямопропорційна концентрації частинок суспензії.

Для двох суспензій з частинками однакових розмірів відношення інтенсивностей розсіяного світла пропорційне відношенню концентрації частинок суспензії, тобто можна записати:

.

Інтенсивність розсіяного і поглинутого світла в значній мірі залежить від розміру частинок зависі (суспензії). Розмір частинок визначається багатьма факторами: рН середовище, порядком змішування розчинів, температурою, присутністю сторонніх іонів. Тому в даних методах аналізу вимагається дотримання таких умов: одержувані зависі повинні бути практично нерозчинні і стійкі у часі. Для їх стійкості додають крохмаль, желатин та інші речовини. Для визначення концентрації речовини в нефелометрії і турбідиметрії застосовують в основному такі методи: метод калібрувального графіка, метод порівняння, метод добавок.

За допомогою цих методів визначають малі кількості іонів, які утворюють малорозчинні сполуки. Наприклад, сульфат іони, хлорид іони. Досліджують колоїдні системи латексів, суспензій, мила, фарб. Інтенсивність розсіюваного світла вимірюють нефелометрами, турбідиметричні визначення проводять на фотоелектроколориметрах.