Теоретическая часть
I. Сущность метода
Фототурбидиметрия основана на явлении рассеивания света на оптических неоднородностях среды. К таким неоднородностям относятся коллоидные частицы и взвеси диаметром до 100 нм. Свет, попадая на эти частицы, преломляется, снижая таким образом свою интенсивность на выходе из раствора.
Мерой светорассеяния в турбидиметрии является мутность («turbidity») с английского переводится как «мутность»):
𝜏 = l/l*ln(I0/I) = 2,3/l*lg(I0/I) = 2,3*A/l (1)
(l — толщина кюветы).
Рис. 1. Схема хода лучей при турбидиметрии.
Ip = K*I0*CV*V2/𝜆4 - закон светорассеяния Рэлея (2)
Ip - интенсивность рассеяного света;
I0 - интенсивность падающего света;
V – объем коллоидной частицы;
𝜆 - длина волны падающего света;
CV - частичная концентрация, равная количеству коллоидных частиц в единице объема;
К = 24𝜋3*(n12 – n02)2/(n12+2n02)2
(n1 – показатель преломления дисперсионной фазы, n0 — показатель преломления дисперсионной среды).
Размер частиц на практике можно рассчитать, пользуясь другой записью закона Рэлея:
|
|
Ip = K*I0*𝜆-n (3)
Ip - интенсивность рассеянного света;
I0 - интенсивность падающего света;
К — константа, зависящая от показателей преломления дисперсионной фазы и дисперсионной среды (смотри предыдущую формулу);
𝜆 - длина волны падающего света;
n – величина, пропорциональная размеру частиц.
Отношение Ip к I0 равно коэффициенту светорассеяния R. Логарифмируя уравнение (3) получим уравнение, которым можно пользоваться на практике для оценки размера коллоидных частиц:
lgR = lgK - n*lg𝜆 (4)
Сумма коэффициентов светорассеяния R и светопропускания Т равна 1. При этом оптическая плотность А равна отрицательному десятичному логарифму коэффициента светопропускания: R+T=1 (5)
A = -lgT+2 (6)
Выражаем из всего этого коэффициент светорассеяния R:
R=1-10-A (7)
Подставляем уравнение (7) в уравнение (4):
lg(1-10-A) = lgK - n*lg𝜆 (8)
Теперь, измерив оптическую плотность раствора при конкретной длине волны, можно определить величину n (вычислять n нужно, пользуясь МНК). А зная величину n, несложно найти на графике (рис. 2) соответствующий радиус частицы.
n
Рис. 2. График зависимости n от радиуса частицы.
II. Реактивы и оборудование:
1. Стандартный раствор CaSO4, 1 мг/мл.
2. 5% раствор BaCl2.
3. Защитный коллоид.
4. Раствор HCl (1:2).
5. Универсальный индикатор.
6. Стаканы емкостью 50 мл, 5 шт.
7. Колбы мерные емкостью 50 мл, 2 шт.
|
|
8. Пипетки мерные 5 мл (10 мл).
9. Стеклянная палочка.
10. Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК — 2.
Практическая часть
Оценка размера частиц золя сульфата бария и выбор светофильтра.
В стакан емкостью 50 мл внесли 2 мл стандартного раствора CaSO4. Добавить дистиллированной воды до 25 мл. Подкислить соляной кислотой до pH = 3 по pH – метру. Добавили 2 мл защитного коллоида. Прилили 5 мл раствора BaCl2 из пипетки при непрерывном движении ее кончика по спирали внутри раствора. Раствор перенесли в мерную колбу емкостью 50 мл, довели дистиллированной водой до метки и перемешали. Измерили оптическую плотность раствора на фотоколориметре КФК — 2 относительно дистиллированной воды в кювете с l = 50 мм при всех светофильтрах (лучше измерить сразу во избежания слипания частиц и дальнейшего получения больших погрешностей.
Результаты занесли в таблицу, построили график зависимости А от 𝜆:
λ,нм | Т,% | A |
315 | 17 | 0,769551 |
364 | 21 | 0,677781 |
400 | 19 | 0,721246 |
440 | 20 | 0,69897 |
490 | 20,5 | 0,688246 |
540 | 21 | 0,677781 |
670 | 20 | 0,69897 |
750 | 19,5 | 0,709965 |
870 | 22,5 | 0,647817 |
Построили график зависимости A от λ:
Для дальнейших измерений выбрали светофильтр, при котором оптическая плотность максимальна. Оценили размер частиц золя BaSO4, исходя из уравнения (8) и графически, построили график зависимости lgA от lg𝜆:
lgλ | lgA |
2,498311 | -0,11376 |
2,561101 | -0,16891 |
2,60206 | -0,14192 |
2,643453 | -0,15554 |
2,690196 | -0,16226 |
2,732394 | -0,16891 |
2,826075 | -0,15554 |
2,875061 | -0,14876 |
2,939519 | -0,18855 |
tg x = n
n= –k;
n = 0,0828
r = 160
Размер частиц золя BaSO4 математически из уравнения:
lg(1-10-А) = lgK - n*lgʎ.
Значения для МНК:
lg(1-10-А) = y
lgK = a
–n = b
lgλ = x
–n=b
n=8.28
r=160