Нефелометрия
Таким образом, нефелометрия - метод исследования, при котором измеряют интенсивность света, рассеянного дисперсной системой. Более высокие чувствительность и точность этого метода, по сравнению с достигаемой в турбидиметрии, позволяют определять не только концентрацию и размер частиц, но и форму частиц, межчастичные взаимодействия и другие свойства дисперсных систем. Эти особенности нефелометрии обусловлены непосредственным измерением интенсивности рассеянного света, значения которой малы (при сравнивании с интенсивностью падающего и проходящего света).
Если необходимо определить только размер частиц и их концентрацию, то достаточно измерить интенсивность света, рассеянного под одним углом. Соответственно уравнение Рэлея можно использовать в виде (3.2)
.
При данной длине волны его удобно записать:
Iр = I0 ×К ×nJ2 = I0 ×К×с × J, (3.5)
где с = nJ - объемная концентрация дисперсной фазы, пропорциональная
массовой концентрации С = n×J×d.
Согласно уравнению (3.3), для двух дисперсных систем с частицами одинаковой формы и размера отношение интенсивностей рассеянного света равно отношению концентраций частиц дисперсной фазы. При одинаковых концентрациях отношение интенсивностей рассеянного света равно отношению объемов частиц или кубов их диаметров:
при J = const ; (3.6)
при С = const = d13/d23. (3.7)
Таким образом, имея стандартные золи, легко определить размер частиц или концентрацию исследуемого золя (при постоянной длине волны). Для этих же целей могут быть использованы градуировочные кривые.
Отношение интенсивностей рассеянного и падающего света приближенно
выражает мутность золя:
t = Iр / Iо. (3.8)
Метод нефелометрии широко используют для определения молекулярных масс макромолекул высокомолекулярных веществ.
В основе таких измерений лежит уравнение (3.5), приведенное к виду
, (3.9)
где m -масса макромолекулы ВMB: М - молекулярная масса ВМВ;
NA - число Авогадро; r - плотность ВМВ.
Отсюда молекулярную массу для идеальных систем можно определить по уравнению
М = t /(НС), (3.10)
где Н = K/(NA ×r). (3.11)
Если С принять за массовую концентрацию, то в знаменатель уравнения (3.11) будет входить плотность в квадрате.
Результаты анализа в данном методе могут иметь погрешности, обусловленные взаимодействием между макромолекулами. Во избежание этих погрешностей при определении молекулярной массы полимеров, мицеллярной массы ПАВ или просто массы частиц оптически активных золей вместо метода сравнения применяют абсолютный метод Дебая. Интенсивность рассеянного света в этом методе выражают уравнением Эйнштейна, которое получается на основе учета флуктуаций оптической плотности, возникающих при изменении осмотического давления и концентрации.
Для оценки с помощью нефелометрического метода формы и конформации макромолекул (а это возможно, если их размеры сопоставимы с длиной световой волны) необходимо измерить значения интенсивности света, рассеянного под разными углами. Основная экспериментальная трудность таких измерений заключается в очистке исследуемых объектов от пыли, создающей недопустимый фон рассеянного света. С этой целью обычно используют стеклянные и полимерные фильтры.
Применяемый в данном методе прибор называется нефелометром (тиндалиметром). Его принципиальная схема приведена на рис.3.3.
Прибор аналогичен фотоэлектроколориметру. Основное отличие состоит в том, что в нефелометре источник света располагается так, чтобы падающий световой поток был направлен под углом к потоку регистрируемого рассеянного света. Для установления абсолютных значений интенсивности света при исследовании формы частиц и межчастичных взаимодействий на дальних расстояниях применяют монохроматический свет (например, излучение ртутной лампы). Кроме того в приборе предусмотрена возможность регистрировать интенсивность рассеянного света под разными углами. Для регистрации интенсивности света служит фотоумножитель.
а б
Рис. 3.3. Принципиальные схемы нефелометра (а) и турбидиметра (б):
1-источник света: 2-зеркала: 3-кюветы с исследуемой дисперсной системой; 4-призмы; 5-подвижные экраны
Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 1652 | Нарушение авторских прав
|