Нефелометрия и турбидиметрия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Реферат

По дисциплине Аналитическая химия

Нефелометрия и турбидиметрия

Содержание

1. Общая характеристика методов

2. Приборы, применяемые для нефелометрических и турбидиметрических измерений

3. Фототурбидиметрическое и фотонефелометрическое титрование

Используемая литература

1. Общая характеристика методов

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

Нефелометрический метод анализа основан на измерении интенсивности светового потока, рассеянного твердыми частицами, находящихся в растворе во взвешенном состоянии.

Турбидиметрический метод анализа основывается на измерении интенсивности потока, прошедшего через раствор, содержащий взвешенные частицы.

Интенсивность светового потока, рассеиваемого небольшими твердыми частицами взвеси, описывается уравнением Рэлея:

где I_н и I₀ - интенсивности рассеянного и падающего света соответсвенно,

n₁ и n₂ - коэффициенты преломления частиц и среды,

N - общее число частиц во взвеси,

V - объем частиц,

л - длинна волны падающего света,

r - расстояние до наблюдения,

в - угол между направлениями падающего и рассеянного света.

При нефелометрических исследованиях величины n, n1, r и в остаются постоянными, и поэтому уравнение Рэлея может быть написано в упрощенном виде:

где К - коэффициент пропорциональности. Множитель 1/ л⁴ указывает на быстрое возрастание интенсивности рассеянного света с уменьшением длины волны падающего света. Так как красный свет рассеивается меньше, чем любой другой при прочих равных условиях, различные сигнальные огни (стоп-сигналы, огни маяка и т. д.) бывают красные.

Отсюда интенсивность рассеянного светового потока прямо пропорциональна числу частиц во взвесях, т.е. концентрации частиц, находящихся в растворе. Из приведенной выше формулы следует, что интенсивности рассеянного света в двух растворах с частицами одинаковой формы и размеров относятся между собой как концентрация частиц определяемого вещества:

I₁ / I₂ = C₁ / C₂

Это уравнение лежит в основе нефелометрических определений. При нефелометрических определениях измеряют интенсивность рассеянного света I в направлении, перпендикулярном к направлению первичного пучка света.

При турбидиметрическом методе анализа интенсивность светового потока уменьшается в следствии поглощения и рассеяния светового потока и определяется уравнением:

lg I₀/I = K'*Сld³/d⁴+бл⁴

где I и I₀ - интенсивность светового потока, прошедшего через раствор и падающего соответственно,

С - концентрация поглощающих частиц в растворе,

l - толщина поглощающего слоя в растворе,

d - средний диаметр поглощающих частиц,

K' и б - константы, зависящие от метода измерения и природы суспензии,

л - длинна волны.

При аналитических турбидиметрических определениях все измерения проводятся при определенных значениях K', d, б, л. Объединяя их в одну постоянную величину, получаем:

lg I₀/I = KCl или D = KCl

Это уравнение имеет вид, аналогичный уравнению Бугера-Ламберта-Бера, но здесь К - молярный коэффициент мутности раствора.

При турбидиметрических определениях измеряют интенсивность света I, выходящего из кюветы в направлении падающего пучка света.

Приведенные уравнения справедливы только для очень разбавленных суспензий (не более 100мг на 1л). Турбидиметрические и нефелометрические методы обладают высокой чувствительностью. Однако применяются они не широко, что объясняется трудностью получения взвесей с одинаковыми размерами частиц. Количественные нефелометрические и турбидиметрические определения проводят, пользуясь калибровочной кривой.

Для точных исследований используют метод уравнивания. Довольно широко применяется метод фототурбидиметрического и фотонефелометрического титрованияю.

2. Приборы, применяемые для нефелометрических и турбидиметрических измерений

Турбидиметрические и нефелометрические определения проводятся в фотоэлектрических колориметрах-нефелометрах ФЭКН-57, нефелометре НФМ, действие которого основано на принципе уравнивания двух световых потоков: одного от рассеивающей взвеси, другого от матового или молочного стеклянного рассеивателя прибора. Уравнение потоков производится с помощью переменной диафрагмы. В настоящее время используются более совершенные приборы, например, для определения мутности.

Современные инструменты должны определять мутность от предельно высоких до предельно низких значений в широком диапазоне образцов с частицами различного размера и состава. Возможность прибора определять мутность в широких пределах зависит от конструкции прибора. Три основных узла нефелометра: источник света, детектор рассеянного света и оптическую геометрию. Большинство измерений проводятся в диапазоне 1NTU и ниже. Для этого берется стабильная работа прибора, малое количество постороннего света и отличная чувствительность.

Источники света в нефелометрах.

В настоящее время в мутномерах, например, применяются различные источники света, но самый распространенный - лампа накаливания. Такие лампа имеют широкий спектр, они просты, недороги и надежны. Свет от лампы количественно характеризуется цветовой температурой - температурой, которую должно иметь идеально черное тело, чтобы светиться таким же цветом. Цветовая температура белого каления и, следовательно, спектр свечения лампы зависят от приложенного к лампе напряжения. Для стабильного белого свечения лампы требуется хорошо регулируемый источник питания.

В случаях, когда в образце присутствуют частицы одного типа, или если требуется источник света с известными характеристиками, для нефелометрии можно использовать монохроматический источник света. Такой свет излучает, например, светодиод. Светодиоид излучает в очень узкой области спектра по сравнению с нагретой добела нитью накаливания. Поскольку в видимой области светодиоды более эффективны по сравнению с лампами накаливания, им требуется меньшая мощность для получения света той же интенсивности. Применение источников света с узкой спектральной характеристикой расширяется. Другие источники света, такие как лазеры, ртутные лампы и комбинации лампа + фильтр, в нефелометрии применяются редко.

Детекторы

После того, как свет с требуемыми характеристиками взаимодействует с образцом, результат зафиксируется с помощью детектора. В современных нефелометрах применяется четыре типа детекторов: фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), вакуумный фотодиод, кремниевый фотодиод и фотоэлемент (фоторезистор) на основе сульфида кадмия.

Чувствительность детекторов отличается в различных диапазонах длин волн. Фотоэлектронные умножители, применяемые в нефелометрах, имеют пик спектральной чувствительности в синей области спектра и ближнем ультрафиолете.

Чтобы обеспечить хорошую стабильность им требуется стабилизированный источник высокого напряжения. Вакуумный фотодиод обладает сходной спектральной характеристикой, но более стабилен, нежели фотоэлектронный умножитель.

Оптическая геометрия нефелометров

Третий компонент, влияющий на качество показаний нефелометров - это оптическая геометрия, которая включает в себя параметры конструкции прибора, такие как, например, угол детектирования рассеянного света.

Так, угол в 90⁰ обеспечивает меньшую чувствительность к изменению размера частиц, прямой угол дает простую оптическую систему с малым количеством постороннего света.

Конструктивным параметром, определяющим, как чувствительность, так и линейность прибора, является длина оптического пути.

С ростом оптического пути растет чувствительность, но в ущерб линейности показаний из-за множественного рассеяния и поглощения.

И наоборот, с уменьшением длины оптического пути растет линейность, но падает чувствительность прибора в области низких концентраций (проблему можно решить, применив изменяемую длину оптического пути).

Короткий оптический путь также увеличивает воздействие постороннего света. USEPA и ИСО требуют, чтобы длина оптического пути не превышала 10 см (от нити накала до детектора).

3. Фототурбидиметрическое и фотонефелометрическое титрование

Наряду со спектрофотометрическим методом титрования применяют также метод фототурбидиметрического и фотонефелометрического титрования.

Эти методы применяются в том случае, когда титруемое вещество образует малорастворимое соединение с титрантом. Прибавление каждой порции титранта вызывает появление осадка, вследствие чего мутность раствора увеличивается и в точке эквивалентности достигает максимума. Дальнейшее прибавление титранта не изменяет степени мутности, а иногда даже приводит к её уменьшению вследствие разбавления и слипания мелких частиц.

Максимальная мутность и максимальное поглощение световых лучей соответствует точке эквивалентности. Кривые турбидиметрического и нефелометрического титрования аналогичны кривым спектрофотометрического титрования.

нефелометрический турбидиметрический детектор титрование

Используемая литература

1. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Т.3. М., 1970

2. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. М., 1973

3. Васильев В.П. Аналитическая химия. Ч. 2. Физико-химические методы анализа. М., 1989.

Размещено на Allbest.ru