Нефелометрия_мен_турбидиметрия
Нефелометрия мен турбидиметрияның теориялық негіздері
1871 жылы Рэлей кішілеу мөлдір бөлшекке электромагниттік сәуле шығару түскенде оның жиілігімен бірдей тербелетін электромагниттік диполь индукцияланатының, дипольдің өзі соңында өзгеше интенсивтігі бар, бірақ бірдей жиілікпен барлық бағытта таралатын сәуле шығаратын энергияға айналатының тапқан. Теория бойынша кіші бөлшектердің шашырауы толқын ұзындығының төртінші дәрежесіне кері пропорционал. Химиялық жүйелер үшін бұл дәреже көрсеткіші 4-тен 2-ге дейін өзгереді, өйткені онда молекулалық өлшемдегі бөлшектермен қатар одан да үлкендері кездеседі. Мұның өзі шашыратудан Тиндаль шашыратуға біртіндеп ауысуды көрсетеді. Жоғарыда көрсетілгендей, оптикалық әдістердегі өлшеулердің бәрі дерлік көрінетін жарықпен байланысты, мұндайда әуелі сынаманы интенсивті жарық ағынымен І0 жарқыратады да, содан кейін сынама арқылы өткен сәуле шығару интенсивтігін I өлшейді немесе сәуле шығаруды белгілі бір бұрышпен (айталық 90°), шашыраған І90 интенсивтікті өлшейді. Суспензиядағы бөлшек саны көбейген сайын І/Іо қатынасының мәні азаяды, ал І90/ Іо қатынасынікі артады. Аса сұйытылған суспензия үшін бұрыш жасай өлшеу нәтижесінің сезімталдығы 0° бұрышпен өлшеуге қарағанда, едәуір жоғары болады, соңғысында қараңғы фондағы әлсіз шашырау байқалады. 90° немесе кез келген бұрышпен өлшеу әдісін нефелометрия. ал түзу сызықты жағдайда өлшеуді турбидиметрия әдісі деп атайды. Турбидиметрлік өлшеу кезінде алынатын шаманы оптикалық тығыздықка сәйкестендіріп лайық деп атайды және оны Беер заңы бойынша мына қатынаспен анықтайды: мұндағы S - лайлық, һ - лайлық коэффициенті, N - ара қашықтығы, N - шашырататын бөлшек саны, мл. Рэлей-Ми теориясының негізінде лайлық көбейткіші мынаған тең: мұндағы d - бөлшек диаметрі, λ- толқын ұзындығы, m бөлшек пен еріткіш сыну көрсеткіштерінін қатынасы n1/n2. Бұл теңдеу бөлшек өлшемі толқын ұзындыгынан кіші болатын бөлшектері бар сұйытылған суспензия үшін орынды. Молекулалық өлшемдегі бөлшектердің шашыратқан жарық интенсивтігі Рэлей заңына бағынады: мұндағы n1 мен n2 - бөлшек пен ортаның сыну көрсеткіштері, N - шашырататын бөлшектің жалпы саны, V1 - бөлшек көлемі, λ - түскен жарық толқынының ұзындығы, r - шашыраған жарықтың қабылдағышқа дейінгі ара қашықтығы, β- түскен және шашыраған жарық арасындағы бұрыш. Белгілі бір жүйені зерттегенде n1 мен n2 сыну көрсеткіштері, прибор құрылысымен анықталатын r мен β шамалары тұрақты болғандықтан, жоғарыдағы теңдеуді жәй түрлендіруге болады: Бөлшектер концентрациясын мына теңдеу бойынша өрнектейді: мұндағы NA - Авагадро саны немесе тұрақтысы, V - суспензия көлемі. Соңғы (1.5) теңдеуін (1.4) теңдеуіне қойсақ, былай болады: ν νiλ тұрақты шамалармен (1.6) теңдеуі мына түрге келеді: Бұл теңдеу шашыраған және түскен жарық интенсивтіктері қатынасының жүзгінді бөлшек концентрациясына пропорционал екенін көрсетеді. І/Іо-сг координатындағы реттеуші сызба түзу сызықты болады. Егер деп белгілесек, онда мұндағы Акoм - көмескі (кажущаяся) оптикалық тығыздық, бұл концентрациясының артуымен азаяды, өйткені концентрация артқан сайын шашырататын бөлшек саны артады да, шашыраған жарық интенсивтігі жоғарылайды. Сол сияқты Аcom = lgc координаттағы сызба да түзу сызықты болады. Нефелометрияда жұмысшы қатынас ретінде колданылатын теңдеу: мұндағы ка - жүйенің эмпирикалық тұрақтысы, a - бұрыш осы арқылы өлшеу жүргізіледі. 90° бұрышы әркез тиімді бола бермейді. Кейде тиімді болған бүрышты тауып өлшесе, өлшеу кезіндегі сезімталдықтын артатыны байқалады, алайда мұндай бұрышта өлшеу приборын құрастыру қиындайды. Цилиндр тәріздес астаушаларды пайдаланғанда, ондағы дөңес беткі қабаттар линза сияқты әсер береді, бұл түскен жарықты жиілетіп, шағылысқан жарықты арттырады. Мұндайда шашырау белгісіз бұрыш жасайды да, еріткіш пен дисперсиялық бөлшектердің сыну көрсеткішіне тәуелді болады. Ал призма, параллепипед немесе көп қырлы шынылар түріндегі астаушалар шашыратуды белгілі бір бұрышта бақылауға мүмкіндік береді.