1.4. Фотометрия светорассеивающих систем

Ослабление светового потока при прохождении света через кювету с суспензией происходит вследствие его рассеяния и поглощения частицами дисперсной фазы и раствором:

I₀ = I_n + I_r + I,

где I₀, I_n, I_r, I – интенсивности падающего, поглощаемого, рассеянного и прошедшего световых потоков соответственно.

Зависимость I_r от влияющих факторов подчиняется закону Рэлея:

где n₁, n – коэффициенты преломления соответственно частиц и среды; N – число частиц в 1 см³ объема; v – объем частицы; λ – длина волны падающего света; r – расстояние до наблюдателя; β – угол между направлениями исходного и рассеянного световых потоков.

В условиях фотометрического анализа дисперсных систем величины n₁, n, r и β постоянны. Следовательно, можно записать

Последнее выражение позволяет сделать вывод о линейной зависимости между I_r и концентрацией частиц осаждаемого вещества в единице объема раствора N. Такая зависимость возможна лишь при условии одинакового размера частиц осадка.

Количественный анализ светорассеивающих систем осуществляют одним из двух методов – турбидиметрическим или нефелометрическим.

Метод нефелометрии основан на измерении величины I_p как функции концентрации. Закон Рэлея для конкретных условий фотометрирования на данном приборе можно представить в виде

I_p = I₀ · k · C · V,

где k – постоянная величина; С – концентрация ионов, дающих нерастворимую аналитическую форму; V – объем частиц осадка.

При турбидиметрических измерениях оценивают I в сравнении с I₀, используя параметр, аналогичный оптической плотности и называемый мутностью раствора (S):

S = lg (I₀/I ).

Прямая нефелометрия более чувствительный метод, чем прямая турбидиметрия. Однако количественный анализ по градуировочной зависимости характеризуется недостаточной воспроизводимостью и большой относительной ошибкой (10 - 15 %). Поэтому чаще используют титрование, турбидиметрически или нефелометрически определяя точку эквивалентности.

Нефелометрическое титрование раствора соли кальция oкcалатoм аммония (работа № 7)

Цель работы: изучение основ фотометрирования светорассеиваю-щих растворов; определение концентрации ионов кальция методом нефелометрического титрования.

Сущность метода. При нефелометрическом титровании строят график зависимости «I_p – C», на котором в точке эквивалентности наблюдается излом (рис. 1.18).

Оборудование: 1) нефелометр ЛМФ-69; 2) бюретка на 25 см³; 3) стаканы на 100 см³; 4) мерная колба на 100 см³; 5) пипетка на 10 см³.

Реактивы: 1) 0,025 н. стандартный раствор соли Са²⁺; 2) 0,025 н. стандартный раствор оксалата аммония; 3) ацетон.

Рис. 1.18. Вид кривой нефелометрического титрования

раствора соли кальция oкcалатoм аммония

Ход работы. Отбирают 5 см³ стандартного раствора соли кальция и помещают в стакан на 100 см³. Приливают туда 30 см³ ацетона и 40 см³ дистиллированной 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 по 1,0 см³ стандартный раствор оксалата аммония. После прибавления каждой новой порции титранта выжидают несколько минут, пока стрелка прибора не остановится. Записывают показания миллиамперметра и отсчеты по бюретке.

Если стрелка прибора при добавлении 3 – 4 порций оксалата (по 1,0 см³) не изменяет 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. Концентрацию ионов кальция в рас-творе находят исходя из закона эквивалентов:

С_н(Сa²⁺) · V(Ca²⁺) = С_н(С₂О₄^2–) · V(C₂O₄^2–),

где С_н – молярная концентрация эквивалентов соответствующего вещест-ва, моль/дм³; V – объем раствора, дм³.

Определив С_н(Сa²⁺), рассчитывают массу кальция в пробе. Посколь-ку в данном случае известно количество взятого стандартного раствора, можно оценить погрешность метода.

Аналогично титруют и проводят расчеты для раствора, содержащего задачу (при этом полностью соблюдая последовательность всех стадий).

Контрольные вопросы

1. Закон светорассеяния Рэлея.

2. Отличие метода турбидиметрии от нефелометрии.

3. Факторы, влияющие на условия измерения, и их учет.

4. Напишите формулы коллоидных мицелл оксалата кальция до и после точки эквивалентности.

5. Условия применения методов сравнения, градуировочного графи-ка и титрования для анализа. Преимущества и недостатки каждого из них.

6. Точность измерений в фотометрии светорассеивающих систем.

Литература

Пршибил, Р. Аналитическое применение этилендиаминтетрауксус-ной кислоты и родственных соединений. М.: Мир, 1975.