Методы качественного анализа в хроматографии.

Задача качественного хроматографического анализа состоит в том, чтобы установить принадлежность полученных на хроматограмме пиков конкретным химическим соединениям. В зависимости от состава анализируемой смеси, а также имеющейся аппаратуры и эталонных веществ можно использовать различные методы идентификации.I.Методы идентификации на одной колонке.

I.1. Применение индивидуальных эталонных веществ или их смесей

Метод можно использовать, если имеются веские основания для предположения о составе эталонной смеси, которые могут быть получены, как правило, кропотливыми предварительными исследованиями. Причиной для идентификации компонентов смеси в этом случае служит равенство времени удерживания пиков соответствующих компонентов анализируемой и эталонной смесей. Если расход газа-носителя при проведении анализов этих смесей неодинаков, то вместо времени удерживания для идентификации пиков используют значения исправленного времени удерживания или исправленных удерживаемых объемов.

I.2. Использование табличных данных о характеристиках удерживания

В настоящее время опубликовано большое количество таблиц относительных удерживаемых объемов для самых разных веществ. Эти таблицы, а также компьютерные базы данных можно использовать для идентификации компонентов анализируемых проб при отсутствии необходимых эталонных веществ.

Если в анализируемой пробе содержатся соединения различных классов, то для их идентификации нужно построить несколько аналогичных калибровочных графиков как для полярной, так и для неполярной неподвижной жидкой фазыНекоторыми преимуществами по сравнению с описанным выше методом при идентификации компонентов анализируемой пробы обладает метод Ковача.

Суть этого метода заключается в использовании линейной зависимости между логарифмами объемов удерживания и числом углеродных атомов нормальных парафинов, выраженным индексами удерживания I.

I.3. Использование графических или аналитических зависимостей между относительными удерживаемыми объемами и другими физико-химическими свойствами веществ.

Если между логарифмами относительных удерживаемых объемов веществ одного гомологического ряда и другими физико-химическими характеристиками этих веществ, например температурами кипения, молекулярной рефракцией, молярным коэффициентом экстинкции и др., существует линейная зависимость, то для идентификации компонентов анализируемых веществ могут быть использованы соответствующие графические зависимости.

Для идентификации хроматографических пиков можно воспользоваться уже опубликованными графиками или построить необходимые кривые на основании результатов разделения калибровочных смесей.

 

 

Методы количественного анализа в хроматографии.

Количественный хроматографический анализ проводят обычно на хроматографе. Метод основан на измерении различных параметров хроматографического пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ – высоты, ширины, площади и удерживаемого объема или произведения удерживаемого объема на высоту пика.

В количественной газовой хроматографии применяют методы абсолютной градуировки и внутренней нормализации, или нормировки. Используется также метод внутреннего стандарта. При абсолютной градуировке экспериментально определяют зависимость высоты или площади пика от концентрации вещества и строят градуировочные графики или рассчитывают соответствующие коэффициенты. Далее определяют те же характеристики пиков в анализируемой смеси, и по градуировочному графику находят концентрацию анализируемого вещества. Этот простой и точный метод является основным при определении микропримесей.

Количественный хроматографический анализ основан на измерении различных параметров пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ - высоты, ширины, площади и удерживаемого объема или чаще произведения удерживаемого объема на высоту пикай При достаточной стабильности условий хроматографиро-вания и детектирования определяющим параметром пика можно считать его высоту. Расчет по площади пика позволяет несколько снизить требования к стабильности условий хроматографирования по сравнению с расчетом пв высоте пика, однако само измерение площади вызывает появление новых источников ошибок. В случае узких пиков некоторые преимущества имеет измерение произведения удерживаемого объема на высоту пика. При неполном разделении ошибки возрастают из-за наложения и искажения контуров пиков. В этих случаях используют специальные приемы, опирающиеся, главным образом, на измерение высоты пиков.

 

 

42.Рефрактометрический анализ основан на определении показателя (коэффициента) прелом­ления исследуемого вещества.

При падении пучка лучей на границу раздела двух прозрачных однородных сред 1 и 2 часть его отражается под углом, равным углу падения i₁, другая же часть пересекает границу раздела и переходит в среду 2. При этом изменяется скорость и направление распростране­ния света в среде 2. Световой луч, распространяющийся в среде 1 под углом падения i₁, проходит в среде 2 под углом i_2, называемым углом преломления.

Изменение направления распространения света (преломление) при его переходе из одной среды в другую характеризуется относительным показателем преломления среды 2 по отношению к среде 1, равным n₂₁ =v₁ / v₂, где v₁ и v₂, - скорости распространения световойволны в средах 1 и 2 соответственно.

Если световая волна переходитиз вакуума (среда 1 - вакуум), показатель преломления среды 2 (вещество) называется абсолютным: n₂= с/ v₂, где с - скорость света и вакууме (3 х 1 0¹⁰ см/с). Тогда n₂₁= n₂/ n₁

На практике измерение показателя преломления производится по формуле:

n₂₁=v₁/v₂=sini₁/sini_2, отношение синуса угла падения к синусу угла преломления.

При прохождении света через неполярное вещество молекулы вещества попадают в электромагнитное поле, под воздействием которого происходит деформационная поляризация молекулы, вызы­ваемая как смещением электронов относительно ядер атомов (элек­тронная поляризация), так и смещением ядер атомов относительно друг друга (атомная поляризация), и пропорциональная напряженно­сти поля, что влияет на показатель преломления.

Центры тяжести положительных и отрицательных зарядовв мо­лекуле теперь не совпадают и возникает индуцированный дипольный момент, пропорциональный напряженности поля. При прохождении света через полярное вещество к деформационной поляризации добавляется и т.н. ориентационная поляризация, связанная с тем, что под влиянием электромагнитного поля такие молекулы ориентируют­ся вдоль силовых линий ноля, стремясь принять устойчивое положе­ние, отвечающее минимуму потенциальной энергии.

Поляризации Р молекулы связана с диэлектрической проницае­мостью среды: Р = Р_деф +Р_ор = (e-1)/(e+ 2) (М /d) = 4/3pN_Aa (1), где Р_деф - деформационная поляризация; Р_ор–ориентационная поляризация; М- молекулярная масса; d-плотность вещества; N_A-число Авагадро; a - поляризуемость молекулы.

Полная поляризация наблюдается только в статическом поле и поле низкой частоты. В высокочастотном поле диполи не успевают ориентироваться. Поэтому, например, в поле ИК-излучении возникает электронная и атомная поляризация, а в поле видимого света - только электронная поляризация, т. к. благодаря высокой частоте колебаний поля смещаются только легкие частицы - электроны. Для неполярных прозрачных веществ Р_ор =0 и Р = Р_деф = Р_эл. e=n². Тогда получим формулу Лорентца-Лоренца:

(n² - 1)/ (n² + 2) (М /d) = 4/3pN_Aa_эл =Р_эл = R_M

Из этой формулы следует, что величина R_M(мольная рефракция), определяемая через показатель преломления вещества, служит мерой электронной поляризации его молекул. В физико-химических исследованиях пользуются также удельной рефракцией:г = R_M / М. Приближенно рассматривая молекулу как сферу радиуса г_м с проводящей поверхностью, показано, что a_эл = г _M³. В этом случае R_M = 4/3 pN_A г³ т.е. мольная рефракция равна собственному объему молекул 1 моля вещества.Если приписать оп­ределенные значения рефракции отдельным атомам или ионам, то рефракция молекулы будет равна сумме рефракций атомов и ионов. Рассчитывая рефракцию молекулы через рефракции составляющих ее частиц, необходимо учитывать валентные состояния атомов, особен­ности их расположения, для чего вводят особые слагаемые- инкре­менты кратных (двойной и тройной углерод-углеродной) и других связей, а также поправки на особое положение отдельных атомов и группв молекуле: Rm= SRa+SRi, (2) где R_A и Ri - атомные рефракции и инкременты кратных связей соот­ветственно,которые приведены в справочниках.

Правило аддитивности (2) может быть использовано для уста­новления строения молекул: сравнивают Rm, найденную из данных опыта по уравнению(1), с рассчитанной по уравнению (2) для пред­полагаемой структуры молекулы.В ряде случаев наблюдается т.н. экзальтация рефракции, состоя­щая в значительном превышении экспериментального значения R_Mno сравнению с вычисленным по уравнению (2). Экзальтация рефрак­ции указывает на наличие в молекуле сопряженных кратных связей.

Зависимость рефракции или показателяпреломлении света от длины волныназывается дисперсией. Мерой дисперсии может яв­ляться разностьмежду значениями показателей преломления, изме­ренными при различных длинах волн, т.н. средняя дисперсия. Мерой дисперсии служит также безразмерная величина-относительная дисперсия: w_F,C,D =[(n_f– n_C)/(n_D-1)]10³, где n_f, n_C, n_D - показатели преломления, измеренные для линий F и С водорода и D-линии натрия. Относительная дисперсия w_F,C,D очень чувствительна к присутствию и положению в молекуле двойных свя­зей.

Величина показателя преломления вещества зависит также от температуры измерения. При понижении температуры вещество ста­новится более оптически плотным, т.е. показатель преломления уве­личивается.

Рефрактометры Аббе предназначены для быстрого определения показателя преломлении и средней дисперсии твердых тел и малых количеств жидкостей. Их важнейшая осо­бенность состоит в использовании «белого» света, дневного или электрического, причем отсчет по прибору дает показатель преломления, равный показателю n_D, измеренному дли монохроматического света желтой линии D в спектре натрия. Действие рефрактометра основано на явлении полного внутреннего отражения, состоящем в том, что, если луч света идет из среды 1 в среду 2, то при некотором значении утла падения b=b₀ угол преломления х примет максимальное значение х₀ = 90.

При этом луч, дойдя до поверхности раздела, далее пойдет вдоль этойповерхности и в этом положении sinbo/sin 90= n₂/n₁ или n₂/n₁ = sinb₀.Гл.часть р.Аббе–2 прямоугольные призмы, сложенные диагональными плоскостями, м/д кот-ми помещ-ся 2-3 капли жид-ти. Призмы поворачивают до тех пор, пока граница раздела света и тени не совпадет с находящимся в поле окуляра крестом нитей. В кач-ве компенсатора в р.Аббе исп-ют призмы Амичи (призма склеена из 3-х частей, подобранных так, что ч/з призму не меняя направление проходит только жёлтые лучи). Если показатель преломления призмы равен n_b, то показатель пре­ломления вещества n_x будет равен n_x = n_bsinb₀

Реф-р Пульфриха: особен-ть – исп-ие источ-ов света с линейчатым спектром (N_a-лампа, Н_е, Н_g) и измерительных призм с преломляющем углом 90^о. Свет от хромат-го ист-ка попад-ет на сосуд с испыт-ой жид-ю, пройдя ч/з конденсорную(собир-ю) линзу, светофильтр и направлен параллельно гориз-ой поверх-ти раздела жидкость-стекло. Пройдя ч/з жидкость и призму луч направлен таким образом, что выходит, образуя со своим первонач-ым направлением угол i. ,где i- наблюд-ый угол на выходе луча из рефр.

Недост.: необх-ть исп-ть спец. ист-ов света и достаточно больших кол-в (3-5мл) исслед-го в-ва; необх-ть пересчёта измер-ой величины.

Для проведения серийных измер-ий исп-ют погружной рефр-тр (призма погруж-ся в исслед-ый р-р и освещ-ся сколь-щим лучом света, идущим от зеркала. Этой призмой луч преломл-ся, угол преломл-ия опр-ся св-ми исслед-ой жид-ти. Затем луч попадает на призму компенсатора, кот-ый компенсирует дисперсию и попадает в окуляр. Наблюдая границу тёмного поля ч/з окуляр по шкале отсчит-ся значение пок-ля прел-ия или содержоние в-ва в %).

Для автомат-го непрерывного контроля на некот-х произв-вах исп-ся рефр-ры РАН (луч света от осветителя проходит ч/з линзу и попадает на призму, состоящую из 2-х частей: пост-й и проточной, ч/з кот-ю протекает анал-ая жид-ть. Луч света проходит ч/з поворотную призму(неподвижную) и подвижную поворотную, кот-я м. поворач-ся вокруг своей оси с помощью двигателя. После этого луч света проходит на фотоэл-ты. Фототоки от этих фотоэлем-ов попад-ют в командное устр-во. Если пок-ль прел-ия анализ-ой жид-ти ост-ся постоянным, фототоки на фотоэлем-ах скомпенс-ы, следов-но, сигнал не поступает. Иначе, из-за сигнала включ-ся двигатель, кот-ый вращает призму до устан-ия равн-ия. Смотрят угол поворота.)

Рефрактометрию используют для качественного и количественного анализа. В кач. анализе при пост. температуре опеределяют индивидуальные показатели веществ (n, w_F,C,D, Rm). Необходимым условием применения рефрактометрии количественного определения содержания контролируемого вещества в какой-то среде является то, что n в контролируемой системе должен изменяться в достаточно широком диапазоне. Например, зависимость n²⁰_D сахара в растворе от концентрации этого раствора имеет почти прямолинейный вид и изменяется в большом интервале. Значит, в данной системе рефрактометрию ис­пользовать можно. Для раствора метилового спирта СН₃ОН кривая имеет другой вид. Воспользоваться ей для определения содержания метилового спирта невозможно, т.к. изменение n невелико.Прямой рефрактометрический метод очень широко применяется в технологическом контроле сахарной и пищевой промышленности, промышленности нефтехимического синтеза. На некоторых типах промышленного рефрактометра для удобства работы и ускорения анализа приборы имеют шкалы отградуированы на содержание анализируемого вещества. При определении натурального молока рефрактометрическим методом белки молока предварительно осаждают и затем измеряют n молочной сыворотки, которая зависит от кислотности молока и содержания в нем воды. Во многих случаях для определения содержания многокомпонентной смеси какого-то компонента его извлекают подходящим экстрагентом (растворителем) и о концентрации определяемого вещества судят по изменению показателя преломления растворителя. Напр., при определении содержания жира в кондитерских изделих пробу анализируемого продукта обрабатывают альфа – монобромнафталином и по изменению n эктракта вычисляют содержание жира.

43.Поляриметрический анализ по сравнению с рефрактометрич. анализом явл. более специфичным. Если рефрактометрия пригодна для количественного и качественного определения хим. в-в любых классов, различного строения, то поляриметрия м.б. использована только при работе с так называемыми оптически активными в-вами, т.е. в-вами способными вращать плоскость поляризации света проходящего через них. Представления об оптич. активности в-ва основаны на электромагнитной теории света и теории взаимодействия электромагнитного излучения с в-вом. Согласно электро-магнитной теории света, световые волны явл. поперечными волнами, т.е. их их колебания происходят в плоскости перпендикулярной к направлению распространения луча и при этом векторы напряжённости электр. поля Е и магнит. индукции Н взаимно-перпендикулярны. Если проекция осциллирующего вектора электр. поля на плоскость перпендикулярную направлению распространения луча пред. собой одну линию, то луч называется плоскополяризуемый. Если такие проекции ориентированы во всех направлениях – луч света неполяризуемый. Плоскость в которой происходит колебания вектора напряж. электр. поля Е называется плоскостью колебаний. Плоскость колебаний вектора напряженности магнитного поля Н, перпендикулярная плоскости колебаний, наз. плоскостью поляризации.

Практически плоскрполяризуемый свет получают пропусканием естественного света через призмы или пластины, вырезанные пластичных, активных минералов по кристаллографическим осям. Часто для этого используют призму Николя, изготовленную из испанского шпата, а также плоские кварцевые пластинки и поляроиды. Если сложить два плоскополяризуемых луча, находящиеся в одной фазе и отличающиеся только апмлитудами, то суммарный луч также будет линейно-плоскополяризуемый. Сложение двух плоскополяризуемых лучей, плоскости кот. взаимноперпендикулярны, а разность фаз составляет 90º приводит к получению лучей в форме правой или левой спирали. т.е. к круговой поляризации света. Если сложить навстречу направленные распростр. луча, то в левой спирали вектор напряжённости электр. поля, вращается по кругу, по часовой стрелке, а в правой – против часовой стрелки. На практике такой поляризованный по кругу свет получают пропуская плоскополяризуемый свет через четверть волновую пластинку из кварца или дигидрофосфата аммония. Толщина четверть волновой пластинки равна четверти длины волны поляризуемого света.

ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ В-ВА. Все в-ва и р-ры делятся на 2 категории:

1) в-ва кот. способны изменять положение плоскости поляризуемого света, назыв. опти-чески активными в-вами;

2) в-ва неспособные – оптически неактивными.

Оптическая активность в-ва м.б. обусловлена хим. структурой его молекул (молекулярная оптическая активность),так и кристаллической структурой в-ва (структурная оптическая активность). Молекулярная оптическая активность обнару-живается во всех агрегатных состояниях в-ва и растворах. Основным условием появления оптич. активности молекулярного типа явл. отсутствие у молекулы центра симметрии,плоскости симметрии и зеркольноповоротной оси симметрии(напр., циклогексан, а метилциклогексан – асимметрична, поэтому проявляется оптич. активность). Структурной оптич. активностью, т.е. способностью вращать плоскость поляризации в твердом состоянии могут обладать кристаллы, построенные как из хиральных (ассиметричных), так и из нехиральных молекул. Причиной появления оптич. активности кристаллов, состоящих из нехиральных молекул может являтся деформация тех или иных структурных элементов молекул (атомов, группировок) внутр. полем крис-талла. Благодоря чему эти структурные элементы становятся хиральными. Для этого достаточно деформация порядка (0,5-1,0)*10³ нм. Структурная оптич. активность проявляется у таких в-в как кварц, мочевина, хлорат. Структурная оптич. активность при плавлениив-ва или растворении, как правило исчезает, или молекулы этого в-ва ахиральны.

Мерой оптически активности вещества является угол вращения плоскости поляризации a. Он зависит от толщины слоя l и индивидуальных свойств оптически активного вещества: a= [a]^t_lld, где [a]^t_l-удельное вращение плоскости поляризации, градус; l - толщина слоя, (длина кюветы); d - плотность вещества, г/см³.

Для растворов угол вращения плоскости полярицации зависит от концентрации оптически активного вещества. Каждое растворенное оптически активное вещество характеризуется определенным удельным вращением, т.е. углом вращения плоскости поляриза­ции при температуре t в монохроматическом свете с длиной волны l раствором, содержащим 100 г вещества в 100 мл раствора, причем луч проходит в таком растворе путь, равный 100 мм.

[a]^t_l = 100a/cl, с- концентрация раствора, г/100 мл; l- толщина слоя раствора (длина поляриметрической трубки).

Вместо удельного вращения для характеристики оптической активности используют молярное вращение [М]^t_l =[a]^t_l * М/100 М-молекулярная масса оптически активного вещества.

Чаще удельное вращение плоскости поляризации определяют при 20⁰ и l=589,5 для желтой линии натрия. Удельное вращение плоскости поляризации жидких и твердых оптически активных веществ при определенных условиях измерения является величиной постоянной, т.е. его справочной характеристикой. Хотя для некоторых веществ наблюдается так называемое явление мутаротации, т.е. изменение удельного вращения вследствии перехода вещества из одной таутомерной формы в др. Зависимость величины удельного вращения плоскости от длины волны поляризованного света называется дисперсией оптического вращения (ДОВ). Чаще всего абсолютное значение удельного мольного вращения плоскости поляризации с увеличением длины волны уменьш., кривые ДОВ имеют вид:

Если кривая ДОВ имеет вид 4, то при увеличении длины волны изменяется удельное вращение плоскости поляризации не только по абсолютной величине, но и по знаку, т.е. меняется направление. При этом наблюдается точка нулевого вращения, т.е. излучение при пропускании через вещество она не проявляет оптической активности. Общий вид кривой ДОВ прежде всего зависит от природы оптически активного вещества и мало изменяется под влиянием условий измереня.

Вещества, имеющие близкие или даже совпадающие величины вращения плоскости поляризации, могут иметь совершенно различныекривые ДОВ, что может служить средством идентификации веществ. Дисперсия оптического вращения и ее приложения (например, идентификация компонен­тов смесей нескольких отически активных веществ) являются объектом изучения спектрополяриметрического метода.

Зависимость удельного вращения от температуры обычно вы­ражается степенным рядом: [a]^t=[a]²⁰ + k₁(t- 20) + k₂(t-20)²+...,

где к₁ и к₂ - корректировочные температурные коэффициенты, инди­видуальныедля каждого оптически активного вещества.

В большинстве случаев с увеличением температуры удельноевращение увеличивается. Удельноевращение увеличивается и с увеличением концентрации оптически активного вещества

Круговой поляриметр:Оптическая схема поляриметра СМ-3 включает в себя натриевую лампу ДНаС 18-04.2 I1I, светофильтр /2/, конденсор /3/,поляризатор /4/,хроматическую фазовую пластинку /5/, защитное стекло /6/, два покровных стекла /7/, трубку /8/. анализатор /9/, объектив /10/, окуляр /11/ и две лупы /12/.

Свет от лампы, пройдя через конденсор и поляризатор, однойчастью пучка проходит через хроматическую фазовую пластинку, защитное стекло, кювету и анализатор. А другой частью пучка только через защитное стекло, кювету и анализатор. При этом одна половина поля зрения поляриметра затемнена, а вторая светлая. Уравнивание яркостей полей сравнения проводят путем вращение анализатора.

Если между анализатором и поляризатором помещают кювету с раствором оптически активного вещества, то равенство яркостей полей сравнения нарушается. Оно может быть восстановлено поворотом рукоятки анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации раствором. Следовательно, угол вращения плоскости поляризации данным раствором определяется разностью двух отсчетов, соответствующих яркости полей сравнения с опт. акт. раствором и без него. C = a/ [a]*L

 

В современных поляриметрах вместо вращения анализатора при установке его на темноту применяют специальные компенсаторы клиновой конструкции. Схема поляриметра с клиновым компенсатором; 1 - поляризатор; 2 -поляриметрическая трубка; 3 - плоскопараллельный компенсатор, 4,5 – клиновый компенсатор; 6 – анализатор

Спекрополяриметрический метод. Луч света от кварцевой лампы 1, дающей излучение ультрафио­летового и видимого диапазона, поступает на монохроматор 2, выделяющий участок спектра определенной длины волны. Далее этот мо­нохроматический луч попадает на кварцевый поляризатор 3, проходит через кювету 4, в которой помещено оптически активное вещество, и попадает на модулятор 5. Модулированный свет попадает на анализатор 6, настроенный на темноту, и на фотоумножитель 7, способный улавливать очень слабый свет. Сигнал от фотоумножителя передается на регистрирующее устройство, связанное с монохромато-ром. На ленте регистрирующего устройства сразу вычерчивается кри­вая ДОВ.

Метод хорошо используется в сахарной промышленности, для контроля сахарных растворов на различных стадиях технологического процесса производства; в масло-жировой промышленности поляриметрия совместно с рефрактометрией используется для идентификации масел, т.к некоторые из них имея одинаковые показатели преломления резко отличаются по величине уд. вращения плоскости поляризации), в фармацевтической промышленности поляриметрия используется для идентификации некоторых лекарственных средств, в лакокрасочной – для контроля сырья, в лесохимической – для контроля процесса сухой перегонки древесины.

 

44. Метод анализа, основанный на измерении интенсивности светового потокаI_r, рассеянного дисперсными частицами, находящимися в растворе во взвешенном состоянии, называется нефелометрией. Метод анализа, основанный на измерении интенсивности светового потокаI_t, прошедшего через раствор, содержащий взвешенные частицы, называется турбидиметрией.

Интенсивность потока I_r рассеиваемого частицами определяется уравнением Релея:

I_r= I₀[(n₁²-n²)/n²) (NV²/l⁴r²) (l+cos²b)]

I₀ -интенсивность светового потока, падающего на кювету; n₁ и n-коэффициенты преломления частиц и среды, N-общее число частиц, V-объемчастицы; l-длина волны падающего света; r-растояние до наблюдателя;b-угол образованный падающим и рассеянным светом.

Принефелометрических исследованиях величины n₁,nr и b остаются постоянными, и уравнение Редея может быть написано в виде: I_r= I₀k(NV²/l⁴) k- коэффициент пропорциональности, учитывающий природу частицы и условия проведения анализа.Если вести нефелометрические исследования так, чтобы объем частиц и длина волны были постоянными, то I_r = к С, т.е. интенсивность рассеянного светового потока прямо пропорциональна концентрации суспензии.

При турбидиметрических измерениях интенсивность прошедшего светового потока может быть определена по уравнению:

Ig I₀/I_t = kCbd³/ d⁴ + al⁴

где I_t - интенсивность светового потока, прошедшего через раствор; С - концентрация поглощающих частиц в растворе; b- толщина поглощающего слоя раствора; d - средний размер поглощающих частиц; k и a- константы, зависящие от природы суспензии и метода измерения; l -длина волны.

При постоянных d, l, k и d получаем IgI₀/I_t = kCb, т.е. основное уравнение турбидиметрии имеет вид, аналогичный уравнению Бугера-Ламберта-Бера:

I_t = I₀ 10^-kbc, где k - молярный коэффициент мутности раствора.

Нефелометрический и турбидиметрический анализы могут бытьприменены для исследования процессов, в основе которых лежат химические реакции, сопровождающиеся осаждением продуктов. Основные требования к этим реакциям: 1)получаемые осадки должны быть практически нерастворимыми, т.к. при турбидиметрических и нефелометрических исследованиях обычно применяют сильно разбавленные растворы; 2)получаемые осадки должны находиться и виде взвеси (cуспензии) с воспроизводимыми размерами частиц и, следовательно воспроизводимыми оптическими свойствами; 3)получаемые взвеси должны быть стойкими во времени, т.е.должны оседать в течение достаточно длительного времени.

На оптические размеры частиц и оптические свойства суспензии оказывают влияние следующие факторы: концентрация ионов, образующих осадок;соотношение между концентрациями смешиваемых растворов; порядок смешивания растворов; скорость смешивания; время, необходимое для получения максимальной мутности; стабильность дисперсии; присутствие посторонних электролитов; присутствие неэлектролитов; температура; наличие защитных коллоидов (крахмал, желатин, агар-агар).

Таким образом, необходимым и обязательным условием проведения турбидиметрических и нефелометрических анализов является изучение влияния всех этих факторов и жесткая стандартизация условий подготовки веществ к нефелометрическим и турбидиметрическим измерениям.

Нефелометр, действие которого основано на принципе уравнивания при визуальном наблюдении двух световых потоков: одного - от рассеивающей взвеси, другого - от матового или молочного стеклянного рассеивателя прибора. Уравнивание потоков производится с помощью измерительных диафрагм.

Световой поток от электрической лампы 1 проходит сквозь светофильтр 2 и попадает на стеклянную пластинку 3. Часть светового потока отражается от этой пластинки и попадает на стеклянный рассеиватель. 6, а часть этого потока попадает в кювету 4, заполненную исследуемым раствором. Световой поток, выходящий из кюветы, гасится в ловушке света 5. Часть света, отраженная частицами, находящимися в растворе, проходит через линзу 7, уравнительную диафрагму 8', линзу 9' и при помощи ромбической призмы 10' направляется через светофильтр 11 в окуляр 12, освещая одну половину оптического ноля. Свет. поток от рассеивателя 6 проходит такой же путь через линзу 7, уравнительную диафрагму 8, линзу 9, ромбическую призму 10, светофильтр 11 и попадает в окуляр 12, освещая вторую половину оптич. поля.

Для турбидиметрических определений растворов, содержащих устойчивые рассеивающие взвеси, эмульсии, и коллоидных растворов используют специальные приборы - турбидиметры, а также применяемый для фотоколориметрических измерений фотоколориметр концентрационный КФК-2МП.

Нить лампы 1 конденсором 2 изображается в плоскости диафрагмы 3 (диаметр d= 2 мм). Это изображение объективом 4,5 переносится в плоскость, отстоящую от объек­тива на расстоянии » 300 им, с увеличением 10^х. Кювета 10 с исследуемым раствором вводятся в световой пучок между защитными стеклами 9,11. Для выделения узких участков спектра из сплошного спектра излучения лампы в колориметре предусмотрены цветные светофильтры 8, теплозащитные светофильтры 6, нейтральные светофильтры 7.

Пластина 14 делит 1 световой поток на два:~10% светового потока направляется на фотодиод ФД-24К (12) и ~90% - на фотоэлемент Ф-26(15), Для уравнивания фотото­ков, снимаемых с фотоприемника ФД-24К при работе с различными цветными свето­фильтрами, перед ним установлен светофильтр 13 из цветного стекла СЗС-16.

Принцип действия фотоэлектроколориметра КФК-2МП основан на измерении све­тового потока I₀, прошедшего через растворитель или контрольный раствор, по отноше­нию к которому производится измерение и потока I, прошедшего через исследуемую сре­ду.

Измерение концентрации исследуемого раствора на колориметре возможно при со­блюдении основного закона светопоглощення, т.е. при линейной зависимости оптической плотности D исследуемого раствора от концентрации С.

Концентрация исследуемого раствора рассчитывается по формулам:
D = с +bС; С = (D - с) / b, где с, b - коэффициенты, определяемые по градуировочному графику.

Градуировочный график строится по набору растворов с известной концентрацией.

Недостатки методов: ограниченность применения: фотонефелометрический и фототурбидиметрический методы применяются довольно редко из-за трудности получения стабильных взвесей с постоянным размером частиц; невысокая чувствительность и точность: ошибка при проведении фотонефелометрических и фототурбидиметрических измерений составляет, как правило, не менее 10–15% и складывается из ошибок при проведения самих измерении и ошибок при подготовке растворов к анализу.

Достоинства методов: позволяют осуществить количественное определение компонентов вещества или других его характеристик, которые нельзя или нецелесообразно определять другими методами; простота и доступность используемого оборудования, простота выполнения измерений. Необходимость в использовании достаточно квалифицированного персонала обусловлена только требованием высокой тщательности и аккуратности проведения всех операций, предшествующих измерениям.