Применение оптических методов для анализа дисперсных систем (методы нефелометрии и турбидиметрии)
При прохождении светового потока через дисперсные системы наблюдается рассеяние или поглощение света твердыми частицами. Если наблюдать интенсивность рассеянного света (детектор расположен перпендикулярно световому потоку), метод называется нефелометрией. Если наблюдать интенсивность потока, прошедшего через дисперсную систему, метод называется турбидиметрией.
Интенсивность светового потока, рассеиваемого твердыми частицами, описывается уравнением Релея:
,
(13)
где Ip и I0 – интенсивности рассеянного и падающего света;
F – функция, зависящая от показателя преломления частиц в растворе;
N – число частиц;
V – объем частицы;
λ – длина волны падающего сета;
r – расстояние до наблюдателя;
β – угол между направлениями падающего и рассеянного света.
При нефелометрических определениях измерения проводят при определённых значениях F, V, r, β. Объединяя их в одну константу, можно записать:
(14)
(уравнение аналогично закону Бера).
Следует иметь в виду, что уравнение Релея применимо для частиц, размер которых ≤ λ. Это, естественно, ограничивает область применения метода вследствие возрастания погрешностей измерений для частиц, размер которых, практически, всегда много больше. Кроме того, очень сложно получать взвеси с одинаковыми размерами частиц.
При турбидиметрическом анализе интенсивность светового потока уменьшается вследствие рассеяния светового потока и определяется уравнением:
,
(15)
где с – концентрация частиц;
d – средний диаметр частиц;
k и α – константы, зависящие от метода измерения и природы суспензии.
При турбидиметрических определениях, измерения проводят при определенных значениях k, d, α, λ. Объединяя их в одну константу, получим:
или
(16)
(уравнение, аналогичное закону Бера).
Рассуждения, приведенные выше, касающиеся ограниченности метода нефелометрии, справедливы и для турбидиметрии.
Фотоэлектрическое титрование
В этом методе точку эквивалентности определяют с помощью фотометрических измерений. В ходе титрования измеряется либо светопоглощение раствора (оптическая плотность – D), либо величина тока (J, мкА). Абсолютные значения ионизации регистрирующего прибора не имеют значения при выполнении анализа, важным является относительно резкое изменение показаний вблизи эквивалентной точки. Естественно, реализация метода возможна, если имеется подходящий индуктор или хотя бы один из компонентов реакции поглощает свет при оптимально возможной длине волны. В этом случае до эквивалентной точки показания регистрирующего прибора практически не изменяются, а после точки эквивалентности линейно возрастают или уменьшаются пропорционально объему добавленного титранта. Точку эквивалентности находят графически по минимальному значению показаний регистрирующего прибора. Найденное значение эквивалентного объема титранта подставляют в стандартную формулу для нахождения количества определяемого вещества.
Аппаратура для выполнения анализа
Приборы, применяемые для измерения поглощения, состоят из четырех основных частей, представленных на схеме:
Конструкция прибора зависит от того, в какой области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) проводят измерения.
В большинстве приборов в качестве источника видимого излучения используют обычную электрическую лампу, а для получения УФ-излучения применяют водородную или дейтериевую лампу. Длина волны попадающего в кювету излучения зависит от светофильтра или монохроматора. Монохроматор – это устройство, разлагающее излучение на составляющие его волны разной длины. Наиболее широко применяются призменные монохроматоры и монохроматоры, представляющие собой прозрачные дифракционные решетки.
Для проведения анализа выбирают излучение в такой области длин волн, где определяемое соединение имеет максимальное поглощение, а посторонние вещества – минимальное. Интенсивность излучения, проходящего через образец, регулируют шириной щели или каким-то другим способом. Прошедшее через кювету с раствором излучение попадает в фотоэлемент, где энергия излучения преобразуется в электрическую. Величина возникающего фототока пропорциональна интенсивности излучения, попадающего в фотоэлемент.