Нефелометрия и турбидиметрия основаны на использовании явления рассеяния или поглощения света твёрдыми или коллоидными частицами, находящимися в жидкой фазе во взвешенном состоянии. Термин «рассеяние» применительно к взаимодействию излучательной энергии с веществом, описывает разнообразные явления. При этом всегда имеется в виду случайное изменение направления излучения. Рассеяние зависит от слдующих факторов: а) от длины волны излучения, б) размера и формы рассеивающих частиц: в) и иногда – от расположения их в пространстве. При прохождении светового потока через взвеси мельчайших частиц в растворителе, т.е. через дисперсную систему, наблюдается боковое рассеяние света, благодаря чему свет, проходящий через среду, имеет вид мутной полосы. Мутность её объясняется рассеянием светового луча и зависит от различных причин. Если линейные размеры частиц больше длины падающей световой волны, то рассеяние света обусловлено преломлением света на границе раздела «частица – растворитель» и отражением света частицами. Если же линейные размеры частицы меньше длины волны падающего света, то наблюдается дифракция световой волны, огибание ею частицы. Интенсивность рассеянного света с увеличением числа рассеивающих частиц возрастает на этой закономерности основаны два родственных аналитических метода определения концентрации вещества: нефелометрия (приборы нефелометры) и турбидиметрия (приборы турбидиметр). Метод, в котором используют линейное измерение, называют тypбидиметpией, а метод с измерением под yrлом 90° (или каким-либо друrим) – нефелометpией.

Нефелометрия как метод измерения мутности

Со временем потребность в прецизионном определении низких значений мутности в образцах, содержащих взвеси очень мелких частиц, потребовала улучшения характеристик турбидиметров. Факельный турбидиметр Джексона имел серьезные ограничения в применении, поскольку не мог использоваться для определения мутности ниже 25 JTU. Точно определить мутность было весьма затруднительно и определение точки погасания сильно зависело от человека. Кроме того, поскольку источником света в приборе Джексона было пламя свечи, падающий свет находился большей частью в длинноволновой области спектра, где рассеяние на мелких частицах не эффективно. По этой причине прибор был нечувствителен к суспензиям очень мелких частиц. (Мелкие частицы кремнезема не приводили к погасанию образа пламени в факельном турбидиметре Джексона.) С помощью факельного турбидиметра невозможно также определить мутность, вызванную черными частицами, например сажи, поскольку поглощение света такими частицами настолько больше рассеяния, что поле зрения становилось черным до того, как достигалась точка погасания.

Было разработано несколько турбидиметров, работающих на определении погасания, с усовершенствованными источниками света и методиками сравнения, но погрешность определения человеком приводила к недостатку точности. Фотодетекторы чувствительны к малейшему изменению интенстивности освещения. Они стали широко использоваться для измерения ослабления света, проходящего через образец фиксированного объема. Приборы обеспечивали при определенных условиях гораздо большую точность, но попрежнему не могли определть высокую или предельно низкую мутность. При низкой степени рассеяния изменение в интенсивности проходящего света, измеряемое в одной точке, настолько мало, что практически не детектируется ничем. Обычно сигнал просто терялся в шуме электронных компонентов. На больших концентрациях множественное рассеяние взаимодействовало с простым рассеянием.

Решение проблемы заключается в том, чтобы определять количество света, рассеянного под углом к падающему свету и затем соотносить количество рассеянного под углом света с реальной мутностью образца. Считается, что угол в 90° позволяет обеспечить наибольшую чувствительность к рассеянию на частицах.

Нефелометр - это инструмент, используемый для измерения частиц, взвешенных в жидком образце или в газе. Таким образом, фотоэлемент, расположенный под углом 90 ° относительно источника света, обнаруживает излучение частиц, присутствующих в суспензии.

Турбидиметрический метод анализа

Турбидиметрия основана на измерении интенсивности потока, прошедшего через раствор, содержащий взвешенные частицы. При этом интенсивность проходящего света Iпр. уменьшается вследствие поглощения и рассеяния светового потока

Требования к методикам в нефеолометрии и турбидиметрии 
1. Вследствие того, что при работе этими методами обычно применяют сильноразбавленные растворы, полученные взвеси должны иметь ничтожную растворимость. 
2. Получение правильных результатов при анализе суспензий зависит от методики получения суспензий и от воспроизводимости их оптических свойств.
 На это влияют следующие факторы:
1) концентрация ионов, образующих осадок 
2) отношение между концентрациями смешиваемых растворов 
3) скорость смешивания 
4) порядок смешивания 
5) время, требуемое для получения максимальной мутности 
6) стабильность дисперсности 
7) присутствие посторонних веществ 
8) температура 
9) наличие защитных коллоидов. 
3. Взвеси должны быть устойчивы во времени. Для увеличения стойкости взвеси часто применяют защитные коллоиды. 
Таким образом, стандартизация условий подготовки растворов к нефелометрическому и турбидиметрическому определению необходима для получения правильных результатов. Все указанные ограничения приводят к тому, что рассматриваемые методы оказываются менее точными, чем фотометрические. По точности турбидиметрия и нефелометрия уступают фотометрическим методам, что связано с недостаточной воспроизводимостью химико-аналитических свойств суспензий. Преимущество нефелометрического и турбидиметрического методов состоит в том, что с их помощью можно определять элементы, которые не дают устойчивых окрашенных соединений, а также, если анализируемая проба уже является пригодной для нефелометрии или турбидиметрии виде устойчивых суспензий, т.е. они дополняют фотометрические методы.

Как правильно выполнять измерение мутности


Чтобы уменьшить влияние переменных факторов, а также постороннего света и пузырьков, следует придерживаться надлежащих приемов работы. Независимо от того, какой прибор используется, измерения будут более верными, точными и воспроизводимыми, если внимание сконцентрировано на следующем.

1. Содержите измерительные ячейки (кюветы) для анализа мутности в хорошем состоянии.
Ячейки должны быть тщательно отмыты, а стенки не должны быть поцарапаны. Лучше всего мыть ячейки хозяйственным мылом изнутри и снаружи, немедленно ополоснуть дистиллированной или деионизированной водой и закрыть для того, чтобы предотвратить загрязнение частицами пыли (см. раздел Определение предельно низких значений). Снаружи ячейки следует обработать силиконовым маслом, чтобы заполнить мелкие неровности и царапины, которые могут быть источниками постороннего света. Силиконовое масло следует наносить, протирая поверхность кюветы мягкой, безворсовой тканью. Следует избегать избытка масла. Держать ячейку следует только за верхнюю часть, чтобы на пути света не попали отпечатки пальцев.

2. Соблюдайте ориентацию ячеек при измерении мутности.
Заполните отмытые ячейки водой с низким значением мутности. Дайте образцам постоять, чтобы пузырьки всплыли. Затем, отполируйте ячейки силиконовым маслом и определите мутность, по-разному ориентируя ячейку (не переворачивайте ее между измерениями). Найдите ориентацию, в которой показания прибора минимальны, и нанесите метку на ячейку. В дальнейшем устанавливайте ячейку в прибор, соблюдайте ориентацию ячейки. По возможности, используйте одну ячейку, устанавливая ее одинаково в одно и то же положение.

3. Перед анализом на мутность дегазируйте пробу.

Перед выполнением измерений из пробы следует удалить воздух и другие газы. Дегазация рекомендуется, даже когда пузырьки заметны невооруженным глазом. Как правило, используются три метода дегазации: добавка поверхностноактивного вещества, применение вакуума или ультразвуковая ванна. ПАВ снижает поверхностное натяжение воды, высвобождая растворенный газ. Вакуум можно создать, используя обыкновенный шприц, либо вакуумный насос (вакуумный насос рекомендуется только при работе в области низких значений). Ультразвук эффективен, при работе с агрессивными пробами и для вязких образцов, но не рекомендуется при работе в области низких значений.

Прибегать к использованию вакуумного насоса или ультразвуковой ванны следует с осторожностью. В некоторых случаях эти методы могут сильно увеличить количество пузырьков, особенно, если в пробе содержатся летучие компоненты. Кроме того, ультразвук может загрязнить пробу и изменить распределение частиц по размерам.

Самая простая и дешевая альтернатива вакуумному насосу - это пластиковый шприц объемом 50 см3 c резиновой пробкой. Когда ячейка заполнена до требуемого уровня, в ячейку вставляют пробку (поршень задвинут). Если вытягивать поршень, то давление в ячейке упадет и пузырьки газа начнут всплывать. Все детали шприца должны быть чистыми и следует заботиться о том, чтобы не загрязнить пробу.

4. Определять мутность нужно сразу после отбора пробы, чтобы предотвратить влияние температуры и оседания частиц на значение мутности образцов.

По возможности следует избегать разбавлений, поскольку разбавление может изменить свойства взвешенных частиц. Причина мутности - частицы, взвешенные в исходном образце, при разбавлении могут раствориться. В результате мутность разбавленной пробы не будет характеризовать мутность исходной пробы. Изменение температуры может подобным образом влиять на растворимость компонентов пробы. Измерение мутности проб следует производить при той же температуре, при которой производился отбор. Если разбавление все же необходимо, следует использовать ультрафильтрованную воду с минимальной мутностью. Лучше всего подходит вода, очищенная обратным осмосом через мембрану 0,2 мкм или меньше.

Мутномер TB251 Экостаб портативный