Курсова робота
з інструментальних методів аналізу на тему:
" Нефелометричний і ультрамікроскопічний методи аналізу"
Зміст
Вступ 3
1. Розсіяння світла колоїдними системами 4
2. Нефелометричний метод аналізу
2.1 Сутність методу та області його застосування 6
2.2 Апаратура і методика вимірювань 8
3. Ультрамікроскопічний метод аналізу
3.1 Сутність методу та області його застосування 14
3.2 Апаратура і методика вимірювань 15
Висновки 19
Додаток 1. Практична робота з нефелометричного аналізу.
"Нефелометричне визначення хлорид-іону" 20
Список використаної літератури 22
Вступ
Вся природа -- організми тварин і рослин, гідросфера і атмосфера, земна кора і надра -- є складною сукупністю безлічі різноманітних і різнотипних грубодисперсних і колоїдно-дисперсних систем. Дисперсний стан цілком універсальний і за відповідних умов в нього може перейти будь-яке тіло [1].
Важко назвати яку-небудь галузь промисловості, в якій не мали б місця колоїдні системи або колоїдно-хімічні процеси. Так, наприклад, в приготуванні їжі широко використовують масло, маргарин, майонез, сметану, молоко, що є складними колоїдними системами. Колоїдно-хімічні процеси лежать в основі хлібопечення, виноробства, пивоваріння і інших харчових виробництв.
Великим є значення колоїдно-хімічних процесів в металургії, виробництві керамічних виробів, цементів, пластмас, штучного скла, шкіри, паперу, картону, мила, змащувальних матеріалів, фарбників, пігментів, лаків, різних емульсій, в метеорології (штучний дощ), у військовій техніці (протигази, маскувальні дими і тумани), в медицині, землеробстві і т.д. Багато лікарських препаратів випускаються фармацевтичною промисловістю у вигляді колоїдних систем: суспензій, паст, мазей, кремів тощо.
Колоїдні системи можна розглядати як мікрогетерогенні системи з високою дисперсністю, тобто вони складаються з двох і більше фаз: дисперсна фаза складається з окремих вельми дрібних частинок (від 10-7 до 10-5см), розподілених в іншій фазі -- дисперсійному середовищу, наприклад, у воді [2].
До відмітних особливостей дисперсних систем, в яких розмір частинок дисперсної фази значно менший довжини хвилі видимого світла або може бути порівняний з нею за величиною, відносяться їх характерні оптичні властивості. Вивчення особливостей проходження світла через різні системи дозволяє визначати в них наявність, концентрацію і аналізувати будову частинок дисперсної фази. Найхарактерніша з оптичних властивостей колоїдів -- розсіяння світла частинками з розміром, значно меншим довжини хвилі (релєєвськє розсіяння) [3].
Розсіяння світла колоїдними системами широко використовується в колоїдній хімії. Воно лежить в основі двох оптичних методів дослідження колоїдів -- нефелометрії і ультрамікроскопії, розгляд яких і є метою даної роботи.
1. Розсіяння світла колоїдними системами
Результати дослідження оптичних властивостей дисперсних систем мають велике значення для вивчення їх структури, визначення розмірів і форми частинок, а також концентрації. При цьому оптичні методи охоплюють широку область дисперсності, що дозволяє вивчати частинки, невидимі в звичайний оптичний мікроскоп. Проходячи через дисперсійне середовище, світло може поглинатися, відображатися або розсіюватися частинками. Відбиття світла поверхнею частинок відбувається по законах геометричної оптики; воно можливе, якщо розміри частинок перевищують довжину хвилі. Для видимої частини спектру (0,4 - 0.7мкм) - ця умова дотримується в грубодисперсних системах. Для колоїдних систем - з частинками значно меншими, ніж довжина хвилі, характерне інше явище - розсіяння світла.
Явище розсіяння світла детально досліджував Тіндаль (1868); він знайшов, що в колоїдних розчинах при освітленні їх збоку спостерігається на темному фоні характерне переливчасте (зазвичай голубуватих відтінків) світіння, назване опалесценцією. Це явище обумовлене розсіянням світла, внаслідок його дифракції в мікронеоднорідній дисперсній системі.
Завдяки світлорозсіянню колоїдні розчини легко відрізнити від молекулярних і іонних. Високодисперсну фазу безпосередньо знаходять за допомогою ефекту Тіндаля. Яскраве світло від сильного джерела (дуга або лампа) фокусують за допомогою конденсорної лінзи на плоску кювету з розчином.
При спостереженні збоку чиста рідина або молекулярні розчини (безбарвні і забарвлені) представляються оптично порожніми, тоді як у разі колоїдного розчину спостерігається рівномірне світіння освітленої ділянки (ефект Тіндаля). Наявність окремих блискіток указує на присутність грубодисперсних частинок, для яких характерне не розсіяння, а відбиття світла. Подібний же ефект легко спостерігати в темній кімнаті, де світлові смуги можна бачити лише в тому випадку, якщо повітряне середовище містить колоїдні частинки диму. Грубодисперсні частинки пилу виділяються у вигляді окремих, яскраво освітлених блискіток, що знаходяться в броунівському русі.
Теорію світлорозсіяння розвинув лорд Релей для сферичних, непоглинаючих світло, непровідних частинок. При проходженні світлової хвилі змінне в часі електромагнітне поле викликає їх поляризацію. Виникаючі диполі із змінними електромагнітними моментами є джерелами випромінювання світла. У однорідному середовищі світло, випромінюване всіма диполями внаслідок інтерференції розповсюджується тільки в первинному напрямі (принцип Гюйгенса). Якщо ж в середовищі є неоднорідності з іншим показником заломлення, наприклад, колоїдні частинки або системи з флуктуаціями густини (обумовлені асоціатами молекул або окремими макромолекулами), значення дипольного моменту в цих вузлах стає іншим і диполі випускають випромінювання, що не компенсується, у формі розсіяного світла. Момент індукованого диполя залежить від поля, тобто від частоти або довжини хвилі .
Таким чином, інтенсивність світлорозсіювання I повинна бути функцією показників заломлення дисперсної фази n1 і дисперсійного середовища n0, довжини хвилі , об'єму частинки V, оскільки поляризація - об'ємна властивість, а також від концентрації c, і нарешті, від інтенсивності падаючого світла I0 [4].
Дійсно, інтенсивність світлового потоку, розсіюваного найдрібнішими частинками колоїдної системи, описується рівнянням Релея (1):
де k - коефіцієнт; - густина речовини частинок [5].
Рівняння Релея – основа оптичних методів дослідження колоїдних систем за світлорозсіянням.
2. Нефелометричний метод аналізу
2.1 Сутність методу та області його застосування
Нефелометричний аналіз -- метод хімічного кількісного аналізу, заснований на вимірюванні інтенсивності світла, розсіяного дисперсними системами. Цей вид дослідження проводиться з метою визначення концентрації, розміру і форми