2020-10-11
257
Задание
Изучить методические указания по работе ответить на вопросы.
1. Как проводится нефелометрическое титрование?
2. С какой целью используется турбидиметр?
3. Сколько в турбидиметре измерительных кювет? Их размеры.
4. Единица измерения турбидиметра?
5. Диапазон измерений турбидиметра?
6. Изобразить принципиальную схему турбидиметра.
7. Описать операции при определении мутности.
8. Что способствует эффекту «ослепления»?
9. Что означает фактор разбавления?
10. Что произойдет после нажатия клавиши READ при калибровке?
11. Что делать, если:
- мутность воды для разбавления превышает 0,5 NTU
- стандарты имеют одинаковые значения мутности или значения
отличается менее чем на 60 NTU
- низкая интенсивность света
- сбой памяти
- утечка света
- сбой лампы
12. Перечислить меры предосторожности.
13. Сущность флуоресценции.
14. Каковы отличия порядока флуориметрических измерений от проведения измерений на приборе ЛМФ-72
Методические рекомендации
Сущность метода. При нефелометрическом титровании строят график зависимости"Ip – C", на котором в точке эквивалентности наблюдается из-лом (рис.1).
|
|
|
Ip
С
Рис.1. Вид кривой нефелометрического титрования
Отбирают стандартный раствор и помещают в стакан. Приливают туда –дистилированной воды. В стакан помещают магнитный элемент и устанавливают в гнездо прибора.
Включают магнитную мешалку и перемешивают раствор до полного удаления пузырьков (около 10 мин). Воронка на поверхности раствора не должна попадать в световой поток. Затем из бюретки в стакан приливают отдельными порциями титрованный раствор. После прибавления каждой новой порции осадителя выжидают несколько минут, пока стрелка прибора не остановится. Записывают показания миллиамперметра и отсчеты по бюретке. Если стрелка прибора при добавлении 3-4 порций неизменяет положения, титрование закончено. Результаты заносят в таблицу и наносят на миллиметровую бумагу, откладывая по оси ординат показания миллиамперметра, а по оси абсцисс – объем прибавленного осадителя.
Описание прибора -Турбидиметр НАСН 2100Р (рисунок 2) предназначен для измерения мутности образцов в диапазоне 0-1000 NTU (нефелометрическая единица мутности) в лабораторных (от сетевого адаптера) и полевых (от батареек) условиях. Прибор имеет автоматический и ручной (0-9,99; 10-99,9 и 110-1000 NTU) выбор диапазонов измерения и функцию автоматического отключения через 5,5 минут (при отсутствии действий) или при недостаточном напряжении (менее 4 В).
|
|
|
Рисунок 2 - Турбидиметр НАСН 2100Р
В комплект турбидиметра входят следующие единицы:
1) измерительные кюветы – 6 шт.;
2) набор первичных стандартов StabCalTM со значениями NTU
3) набор вторичных стандартов Gelex для диапазонов мутности, NTU: 0-10, 0-100 и 0-1000;
4) силиконовое масло – 15 мл;
5) салфетка для притирания кювет;
6) батарейки типа АА с напряжением 1,5 В – 4 шт.;
7) кейс для хранения;
8) инструкция по эксплуатации. показаны на рисунке 3.
Элементы управления и индикации прибора
Рисунок 2 - Элементы управления и индикации прибора.
Клавиши управления: → и ↑ - редактирование цифр; CAL - калибровка прибора; DIAG – диагностика прибора; SIGNAL AVERAGE – режим усреднения; RANGE – выбор автоматического или ручного выбора диапазонов измерений; READ – пуск измерений; I/O – включение и выключение прибора.
Индикация дисплея: DIAG – включена диагностика прибора; CAL – включена калибровка прибора (знак «?» показывает, что необходимо провести калибровку); S18 - номер первичного стандарта при калибровке или код при диагностике прибора (здесь также указывается номер ошибки с кодом «Е»); знак минус - используется при диагностике прибора; цифры 8.8.8.8. – значение измерения; NTU – единица измерения; отображение батарейки показывает, что низкое напряжения (менее 4,4 В); отображение ламы показывает, что она включена; AUTO RNG – включен автоматический выбор диапазонов измерений; SIG AVG – включен режим усреднения.
Характеристики турбидиметра НАСН 2100 Р приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики турбидиметра НАСН 2100 Р
Характеристика Наименование/Значение
Диапазон измерений 0-1000 NTU
Погрешность измерений ±2 % от значения (не менее 0,02 NTU)
Воспроизводимость результатов измерений ±1 % от значения (не менее 0,01 NTU)
Время отклика 6 с (при отключенном режиме усреднения)
Мин. объем пробы 15 мл
Источник излучения ртутная лампа накаливания
Дисплей ЖК, четырехразрядный
Детектор силиконовый фотогальванический
Размеры 222х95х79
Вес 520 г
Кювета высота – 60 мм, диаметр – 25 мм,
материал - боросиликатное стекло
2.2 Принцип действия прибора и подготовка к работе
Турбидиметр для измерения мутности построен на нефелометрическом принципе действия (отношение интенсивности рассеянного под прямым углом к интенсивности прошедшего света). Принципиальная схема прибора показана на рисунке 4.
Рисунок 4 - Принципиальная схема прибора
В оптическую схему входят лампа накаливания с вольфрамовой нитью, линза для фокусирования света, детекторы прошедшего и рассеянного под прямым углом света. Микропроцессор прибора рассчитывает отношения сигналов и детекторов. Такая методика позволяет производить эффективные измерения окрашенных и поглощающих свет растворов, а также компенсировать флуктуации излучения лампы, обеспечивая большое время стабильности калибровки и светорассеяние вне образца, увеличивая точность измерений.
Для подготовки прибора к работе необходимо распаковать кейс, проверить комплектность и визуально оценить состояние турбидиметра и составляющих на наличие трещин, сколов и других неисправностей. Для проведения измерений в лабораторных условиях необходимо включить адаптер в сеть, в полевых – установить батарейки, соблюдая полярность. Калибровку прибора рекомендуется проводить не менее одного раза в три месяца.
2.3 Измерение мутности образцов
2.3.1 Измерение мутности образцов, не превышающих предел измерений
Измерение мутности. Измерения проводятся с усреднением или без усреднения, с ручным или автоматическим выбором диапазонов. Рекомендуется проводить измерения с усреднением и автоматическим выбором диапазонов. При этом первоначальное значение выводится на экран примерно через 11 секунд и обновляется каждые 1,2 секунды в течении 10 измерений. Далее отключается лампа, и последнее усредненное значение остается на дисплее. В случае измерения без усреднения последние значение появляется примерно через 13 секунд после нажатия клавиши READ. Измерения с усреднением целесообразно проводить для образцов с неустойчивыми показаниями.
|
|
|
Для определения мутности образцов необходимо произвести следующие операции:
1. Наполнить кювету пробой (примерно 15 мл) до отметки и закрыть крышкой;
2 удерживая кювету за крышку, протереть ее стенки для удаления отпечатков пальцев и капель жидкости;
3 нанести (растиранием) на кювету сверху вниз тонкий слой силиконового масла, используя специальную салфетку. Далее протереть кювету насухо до удаления видимых следов масла;
4 установить прибор на горизонтальную ровную поверхность;
5 поместить кювету с образцом в кюветное отделение прибора так, чтобы ромб на стенке кюветы совпал с меткой на передней части кюветного отделения и закрыть светозащитную крышку прибора;
6 включить прибор нажатием клавиши I/O;
7 нажатием клавиши RANGE выбрать режим переключения диапазонов измерений (при выборе автоматического режима на дисплей выводится надпись AUTO RNG);
8 нажатием клавиши SIGNAL AVERAGE включить или выключить режим усреднения (при включении режима усреднения на дисплей выводится надпись SIG AVG);
9 нажатием клавиши READ произвести измерений, при этом на дисплее сначала появляется _ _ _ _, а затем значение мутности в единицах NTU;
10 записать значение мутности после того, как погаснет индикатор работы лампы.
Для получения воспроизводимых результатов измерений необходимо использовать чистые кюветы, уметь их ориентировать в приборе и подбирать, а также подготавливать образцы (удаление воздуха) для исследований.
Очистка и подготовка кювет.
Очистка внутренних и внешних стенок кювет проводят в три этапа: 1) очистка неабразивным материалом; 2) в ванне с раствором соляной кислоты 1:1; 3) в дистиллированной воде. После очистки кюветы проводят сушку в потоке воздуха. Для устранения небольших производственных дефектов стекла на поверхность кюветы сверху вниз наносят (растиранием) тонкий слой силиконового масла, используя специальную салфетку. После чего протирают кювету насухо до удаления видимых следов масла. Небольшие сколы и трещины стекла могут приводить к рассеянию света и искажению результатов измерений.
|
|
|
Ориентация и подбор кювет.
Высокая точность измерений образцов с низкой мутностью обеспечивается использованием одной кюветы строго ориентированной в кюветном отделении или нескольких оптически подобранных кювет.
Для ориентирования кюветы необходимо произвести следующие операции:
1 наполнить кювету до метки высококачественной водой (менее 0,5 NTU) и закрыть крышкой;
2 нанести на кювету тонкий слой силиконового масла, после чего насухо протереть ее;
3 поместить кювету в кюветное отделение и закрыть светозащитную крышку прибора;
4 включить прибор;
5 удерживая нажатой клавишу READ записать положение кюветы и показание мутности;
6 открыть крышку прибора, вынуть и повернуть кювету на 1/8 оборота и повторить пункты 3-5;
7 повторять пункт 6 до получения минимального значения мутности, не меняя при этом положения кюветы;
8 нанести отметку на кювету для проведения дальнейших измерений. Удерживая нажатой клавишу READ, обеспечивается непрерывность измерений, при этом лампа остается постоянно включенной.
Для подбора нескольких кювет необходимо произвести следующие операции:
1 наполнить кювету до метки высококачественной водой и закрыть крышкой;
2 нанести на кювету тонкий слой силиконового масла, после чего насухо протереть ее;
3 поместить первую кювету в кюветное отделение и закрыть светозащитную крышку прибора;
4 включить прибор;
5 удерживая нажатой клавишу READ записать номер и положение кюветы, показание мутности;
6 поместить вторую кювету в кюветное отделение и закрыть светозащитную крышку прибора;
7 повторить пункт 4 и 5;
8 открыть крышку прибора, вынуть и повернуть вторую кювету на 1/8 оборота и повторить пункты 4 и 5;
9 повторять пункт 8 до получения значения мутности равного значению первой кюветы (с точностью ±0,01 NTU), не меняя при этом положения кюветы.
Подбор остальных кювет проводится также.
Удаление воздуха. Удаление воздуха из образцов перед измерением проводится с использованием вакуума, ПАВ, ультразвука или нагрева.
1) Вакуум. Понижение давления над образцом ниже атмосферного приводит к освобождению пузырьков воздуха из образца. Целесообразно применять вакуум для маловязких жидкостей и не содержащих легколетучих компонентов. Для создания вакуума можно использовать автоматические или ручные вакуум-насосы, шприц. При проведении этой операции необходимо использовать резиновую крышку кюветы с отверстием для иглы шприца или стеклянной трубки, соединенной с вакуум-насосом. Удаление воздуха из образца оценивается визуально - наличием пузырьков.
2) ПАВ. Применение ПАВ увеличивает поверхностное натяжение жидкости и тем самым способствует освобождению пузырьков воздуха из образца. Наиболее эффективно использовать этот способ для перенасыщенных воздухом растворов. Перед измерением мутности образца в кювету добавляют одну каплю ПАВ. Изменение поверхностного натяжения приводит к увеличению осаждения частиц в образце. Поэтому эксперимент рекомендуется проводить как можно скорее, предварительно перемешав перед этим пробу. Важно помнить, что интенсивное перемешивание может привести к образованию пены. Также ПАВ не должен приводить к изменению мутности образца.
3) Ультразвук. Такой способ удаления воздуха представляет интерес для вязких жидкостей. Для проведения этой операции кювету с образцом, не закрывая крышкой, погружают на 1/2-2/3 высоты в ультразвуковую ванну до прекращения образования пузырьков воздуха. Однако, действие ультразвука приводит к изменениям формы и размеров частиц, что отражается на мутности образца.
4) Нагрев. Нагрев используют в случае, когда другие методы удаления воздуха из образца не эффективны, так как чрезмерный нагрев приводит к существенному изменению мутности и потере легколетучих компонентов. Положительные результаты этой операции получаются при сочетании легкого нагрева с действием вакуума или ультразвука.
2.3.2 Измерение мутности образцов, превышающих предел измерений
Нефелометрический принцип действия прибора основан на рассеянии света взвешенными частицами. При высоких значениях мутности большая часть света поглощается, что приводит к искажению результатов измерений («ослепление» прибора) – измеренное значение меньше реального. Поэтому для сведения к минимуму этого эффекта применяют разбавление образцов. Эффекту «ослепления» прибора способствует не только частицы поглощающие свет, но и растворы с интенсивной окраской. В последнем случае разбавление не эффективно.
Разбавление проводят порциями отфильтрованного образца. Не рекомендуется использовать дистиллированную и деионизованную воду, так как при этом часть взвешенных частиц может перейти в растворимое состояние, что приведет к ошибочным результатам измерений. Рекомендуется использовать воду высококачественную отфильтрованную с мутностью менее 0,5 NTU. Образцы фильтруют при помощи установки для фильтрации. Если фильтр быстро забивается, используют стандартную 47 мм систему с мембранным или стеклянным фильтром.
Истинное значение мутности образца рассчитывается как произведение измеренного значения и фактора разбавления. Фактор разбавления представляет собой отношение общего объема (после разбавления) к объему образца:
Истинное значение = измеренное значение Х фактор разбавления
Фактор разбавления = общий объем / объем образца
Чрезмерное разбавление может привести к изменению характеристик взвешенных частиц.
2.4 Калибровка прибора
Калибровку турбидиметра осуществляют по первичным формазиновым стандартам. Электронная и оптическая схемы обеспечивают долговременную стабильность прибора. Однако, рекомендуется проводить калибровку не менее одного раза в три месяца.
2.4.5 Методика проведения калибровки
Перед проведением калибровкинеобходимо подготовить первичные стандарты. Для этого хорошо взболтать ампулы со стандартами, оставить их в течение 5 минут, заполнить кюветы стандартами до метки и закрыть крышкой. Запрещается взбалтывать стандарт мутностью NTU. Рекомендуется для каждого стандарта использовать предварительно очищенную и оптически подобранную кювету.
Калибровку прибора проводят следующим образом:
1 чистую кювету наполнить водой для разбавления (около 15 мл), предварительно ополоснув ее несколько раз этой же водой;
2 нанести на кювету тонкий слой силиконового масла, после чего насухо протереть ее;
3 поместить кювету в кюветное отделение и закрыть светозащитную крышку прибора;
4 включить прибор, выбрав перед этим автоматическое переключение диапазонов измерений и режим усреднения (если необходимо);
5 после нажатия клавиши CAL загорятся индикаторы CAL и S0, на дисплее отобразится значение мутности воды для разбавления предыдущей калибровки. Рекомендуется значение мутности воды для разбавления принудительно обнулять нажатием клавиши → и далее для продолжения калибровки – клавиши ↑;
6 после нажатия клавиши READ прибор начнет обратный отсчет от 60 до 0 (от 67 в режиме усреднения) и измерение. Результат сохранится для последующей корректировки всех используемых стандартов. Если мутность воды для разбавления превышает 0,5 NTU, то на дисплее появится сообщение «Е1» (ошибка)
7 на дисплее загорится индикатор S1 (единица мигает) и значение стандарта предыдущей калибровке в точке 20 NTU. Если значение неправильное, то после нажатием клавиши → отредактируйте цифру клавишей ↑. Далее поместить подготовленную кювету с первичным стандартом 20 NTU в кюветное отделение и закрыть светозащитную крышку;
8 после нажатия клавиши READ прибор начнет обратный отсчет от 60 до 0 и измерение. Результат сохранится, и прибор также автоматически перейдет к следующей точке калибровки;
9 повторяя шаг 7 и 8 провести калибровку для всех первичных стандартов до того, когда на дисплее загорится индикатор S0.
Калибровку прибора можно проводить по произвольным стандартам. Для этого готовят три разбавления со значениями мутности в пределах 10-30, 90-110 и 700-900 NTU. Прибор устроен так, что стандарты должны отличаться мутностью минимум на 60 NTU, при меньшем отличии на дисплее появиться сообщение «E2». Калибровку рекомендуется проводить сразу после их приготовления. Методика проведения калибровки идентична методике с использованием первичных стандартов.
2.5 Диагностика прибора
Диагностику прибора проводят для поиска неисправностей и методов их устранения. В режим диагностики инженерами НАСН заложены специальные коды (таблица 3) по которым проводят проверку прибора.
Таблица 3 - Специальные коды
| Код | Наименование |
| 1 | проверка напряжения батареек при включенной и выключенной лампе |
| 2 | отображение калибровочного коэффициента а0 |
| 3 | а1 |
| 4 | b0 |
| 5 | b1 |
| 6 | проверка напряжения на лампе |
| 7 | проверка теневого тока на усилителе детектора пропускания при выключенной лампе и напряжения на усилителе детектора при включенной лампе |
| 8 | проверка теневого тока на усилителе детектора рассеяния с большим усилением при выключенной лампе и напряжения на усилителе детектора при включенной лампе |
| 9 | проверка теневого тока на усилителе детектора рассеяния с малым усилением при выключенной лампе и напряжения на усилителе детектора при включенной лампе |
Для проведения диагностики прибора необходимо следующее: 1) провести измерение мутности образца (например, воды) (см. п. 2.3); 2) нажатием клавиши DIAG включить диагностику, при этом появиться цифра соответствующая ее коду (для повтора операции нажать клавишу READ); 3) нажать клавишу ↑ для перехода на следующий этап (код) диагностики; 4) клавиша → используют для диагностики параметра при включенной или выключенной лампе.
Для проведения теста дисплея при включении прибора нажать и удерживать клавишу I/O, при этом на дисплее отображаются все элементы индикации.
При измерениях мутности образцов прибор может сообщать о некоторых ошибках, например: на дисплее мигает цифра 1000 (в автоматическом режиме выбора диапазона измерений) – образец имеет мутность выше предела измерений, при этом необходимо использовать разбавление; мигает цифра 9,99 или 99,9 (в ручном режиме) – выбрать следующий диапазон измерений. Некоторые другие ошибки имеют код «Е», их причины и возможные методы устранения приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Причины ошибок и возможные методы их устранения
| Код | Причина | Устранение |
| Е1 | мутность воды для разбавления превышает 0,5 NTU | заменить воду на высококачественную |
| Е2 | стандарты имеют одинаковые значения мутности или значения отличается менее чем на 60 NTU | проверить правильность приготовления стандартов |
| Е3 | низкая интенсивность света | проверить включена ли лампа и нет ли помех на пути света |
| Е4 | сбой памяти | выключить и включить прибор |
| Е5 | выход за верхний диапазон A/D | проверить наличие помех на пути света |
| Е6 | выход за нижний диапазон A/D | проверить наличие помех на пути света |
| Е7 | утечка света | закрыть светозащитную крышку |
| Е8 | сбой лампы | проверить правильность установки лампы |
2.6 Меры предосторожности
1 Не допускать прямого и длительного попадания на прибор лучей солнца, брызг воды и других жидкостей;
2 Хранить прибор в интервале температур от минус 40 до плюс 600С;
3 Соблюдать полярность при замене батареек и не допускать одновременного использования батареек и сетевого адаптера;
4 Не допускать для измерений образцы, содержащие огнеопасные вещества, углеводороды и концентрированные кислоты;
5 Устанавливать прибор при измерениях на горизонтальную ровную поверхность;
6 Соблюдать температурный интервал измерений (0-500С);
7 Всегда закрывать крышку кюветы и светозащитную крышку прибора во избежание разбрызгивания и попадания посторонних предметов;
8 Не нагревать кюветы с содержимым с закрытой крышкой;
9 Запрещается взбалтывать первичный стандарт StabCalTM мутностью менее 0,1 NTU;
10 Запрещается нагревать вторичные стандарты Gelex до температуры более 500С;
11 Хранить вторичные стандарты при комнатной температуре (замерзания не допускать);
12 Строго соблюдать порядок действий при измерениях соответствующий настоящему методическому указанию;
13 Использовать фирменные комплектующие, рекомендуемые инженерами НАСН и входящие в комплект прибора или при их отсутствии - эквивалентные им.
Сущность метода. Флуоресценция (разновидность люминесценции) представляет собой вторичное излучение молекул в короткий период време-ни непосредственно после поглощения инициирующего ультрафиолетового излучения. Длина волны вторичного излучения больше, чем инициирующе-го. Для очень разбавленных растворов наблюдается линейная зависимость интенсивности флуоресценции от концентрации.
Порядок флуориметрических измерений на приборе ЛМФ-72 М:
1. Включить прибор для прогрева в течение 0,5 ч (все кнопки отжаты).
2. Поворотный столик с кюветодержателем установить в положение "0".
3. В кюветодержатель поставить слева кювету с растворителем, справа – с раствором максимальной концентрации (кюветы l = 2 см).
4. Нажать кнопку "ф" (флуориметр).
5. Повернуть столик в положение "И".
6.Ручками "Огрубо, точно" вывести стрелку на "0".
7. Повернуть столик в положение "100".
8. Ручками "100 грубо, точно" и вращением ручки "диафрагмы" вывести стрелку на"100".
9. Если не удается вывести стрелку на "100", нажмите кнопку "расширитель" и повторите настройку.
10.Запишите показания прибора. Затем выньте кювету с раствором наибольшей концентрации. Смените раствор в кювете. Установите ее в кюветодержатель. Проведите измерение интенсивности флуоресценции для стандартных растворов и задачи.
