Нефелометрия и турбидиметрия
К числу наиболее распространенных и довольно простых методов определения размеров частиц относятся нефелометрия и турбидиметрия. Для уяснения принципа их действия еще раз обратимся к рис. 8.2 (см. параграф 8.2). При прохождении света интенсивностью Jo через дисперсную систему происходит рассеяние света интенсивностью Jp и поглощение света, равное (Jо – Jnp). Нефелометрия основана на изменении интенсивности рассеянного света, а турбидиметрия — оптической плотности.
Нефелометрия позволяет определять размер частиц и их концентрацию. Метод основан на способности высокодисперсных частиц рассеивать свет согласно уравнению Рэлея (см. гл. 8), и на уравнивании интенсивности рассеянного света исследуемой дисперсной системы и эталонного образца (c известной концентрацией или размерами частиц).
Схема нефелометра приведена на рис. 13.6. Кювету 3 заполняют исследуемой системой, а кювету 2 — эталоном. При освещении источником света 1 высокодисперсные системы в этих кюветах рассеивают свет с различной интенсивностью.
Свет, рассеянный в направлении перпендикулярном падающему, с помощью призм 5 падает в окуляр 6. Затем уравнивают интенсивность рассеянного света от эталонной и исследуемой систем. Для этого изменяют объем систем за счет различного положения кювет 2 и 3 по отношению к неподвижным экранам 4. При этом интенсивность освещения правой и левой половинок окуляра 6 должны совпадать. В результате интенсивность рассеянного света эталоном (J p)эбудет равна интенсивности рассеянного света исследуемой системы (J p)И, т.е.
|
|
|
(J p)э= (J p)И. (13.10)
Интенсивность рассеяния света будет пропорциональна высоте освещенной части кюветы Н. В случае нефелометрического определения размеров частиц золей с одинаковой концентрацией, согласно уравнению (8.3), можно записать
(13.11)
где r ии r э— радиусы частиц исследуемой и эталонной систем соответственно.
Из уравнения (13.10) получим
(13.12)
Значения Н эи Н иопределяют на основе измерений; зная размер частиц эталонной системы, рассчитывают размер частиц исследуемой системы. Подобная методика применима к монодисперсным системам или близким к ним.
При помощи нефелометрии можно определить концентрацию частиц. В этом случае состав и размер частиц эталонной и исследуемой систем должны быть одинаковыми. Из уравнения (13.11) можно получить следующее соотношение [аналогично уравнению (13.12)]
v им= v эм(Н э/ Н и). (13.13)
Турбидиметрический метод дисперсионного анализа основан на изменении интенсивности света, прошедшего через дисперсную систему. В отличие от нефелометрии, когда проходящий свет направлен перпендикулярно образцам (рис. 13.6) и рассеивается, в турбидиметрии направление света параллельно образцам. Метод основан на определении оптической плотности эталонного и исследуемого образцов.
|
|
|
При прохождении света через дисперсную систему происходит его поглощение и рассеяние. В результате изменяется оптическая плотность (см. параграф 8.2). Согласно формулам (8.10)—(8.12). Оптическая плотность двух золей с одинаковым размером частиц, но различной массовой концентрации эталонной и испытуемой систем, прямо пропорциональна их концентрации
(13.14)
где v ими v эммассовая концентрация испытуемой и эталонной систем; D ми D э— оптическая плотность этих систем.
При одной и той же массовой концентрации сравниваемых систем размеры частиц прямо пропорциональны их оптической плотности
(13.15)
где r и, r э— радиус частиц испытуемой и эталонной систем.
Для дисперсных систем, размер частиц которых больше 0,1λ, (т.е. не подчиняющихся уравнению Рэлея, см. параграф 8.1) и находится в диапазоне 0,1λ < a < 0,33λ, оптическая плотность определяется эмпирическим уравнением Геллера
(13.16)
где к — константа, не зависящая от длины волны; λ — длина волны света; n — показатель степени.
Показатель степени n зависит от параметра Z, который равен
|
|
|
(13.17)
где r — радиус частиц.
Зависимость между Z и n приведена в таблицах. Показатель n в уравнении (13.16) находят на основе турбидиметрических измерений.
Экспериментально определяют изменения оптической плотности для различных длин волн (в достаточно узком интервале) и строят зависимость lg D от lgλ, тангенс угла наклона полученной прямой и есть показатель n. По известному значению n с помощью таблиц определяют численное значение параметра Z, а затем по формуле (13.17) рассчитывают размеры частиц (r).
Для турбидиметрических измерений можно использовать фотоэлектро-колориметр (ФЭК), предназначенный для определения оптической плотности раствора. В ФЭКе происходит выравнивание двух световых потоков через кюветы с испытуемой и эталонной системами.
По величине оптической плотности методом сравнения исследуемой системы с эталонной и в соответствии с уравнениями (13.14) и (13.15) можно определить размер частиц или их концентрацию (соответственно при одинаковой концентрации или одних и тех же размеров частиц исследуемой и эталонной систем).
Итак, нефелометрия и турбидиметрия позволят определить размер частиц золя и их концентрацию — важнейшие параметры, составляющие суть дисперсионного анализа.
|
|
|
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 152; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!