Реферат Нефелометрия
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Жоспар
І. Кіріспе……………………………………………………………….3
ІІ. Негізгі бөлім……………………………………………………….4
Алғашқы нефелометрлер……………………………………….4
Нефелометрлік талдау әдісі…………………………………..7
Лай өлшеуіш түрлері…………………………………………...9
Нефелометрдің жұмыс істеу принципі………………………11
Әр түрлі салалардағы нефелометрлер (суреттер)……………..16
ІІІ. Қорытынды…………………………………………………………24
ІV. Әдебиеттер тізімі……………………………………………….....26
Кіріспе
Нефелометрия ( грекше nephe – los – тұман ) - ерітіндінің лайланушы дәре- жесімен өлшенетін зат концентрациясын талдау әдісі. Лайланушылық өлшеуді екі жақты принципті бейнемен шығаруға болады.
Лайлы сұйықтықтан өткен жарықтың жұтылуы, түсті ерітіндіден өткен колориметрияға ұқсас. Мұндай өлшеуді « мөлдір емес» лайлы сұйықтық деп атауға болады.
Жарық интенсивтілігінің түсуі мен шағылуының кішкене бөліктерімен өлшеу.
Бірінші принципке негізделген әдістер өте анық емес және өрескел анықтамаларға арналған. Оларда әдетте , лайлы сұйықтыққа қарағанда , қандай да болмасын ұсталатын немесе жоғалатын бейнелері ( мысалы, баспа әріптері немесе сурет сызықтары ) бар жуан сұйық қабат орналасады. Бұл әдіспен алғаш рет Стае 1894 жылы қолданды. Бұған мысал ретінде сүттің майлылығын анықтау бола алады. Дәл анықтама беруге екінші принцип жарықтың лайлы сұйықтықта кішкентай бөлшектермен себіліп, жарық сәулесінің түсуіне перпендикуляр бағытталады. Бұл принципті қолдану сандық мақсатта алғы шарттарды талап етеді. Абсолютті жарықтың себілуі лай сұйықтықпен және жа- рық кезеңдерінің қатарына тәуелді болады.
Шынында , дәл анықтаманы арнайы құрылғының, яғни нефелометрдің көмегімен алуға болады.
Алғашқы нефелометрлер.
Алғаш нефелометрді 1894 жылы Ричард құрастырды, және оны дәлдік аналитикалық мақсаттар үшін қолданды. Бұл құрылғы 1914 жылы Кобермен, ал 1919 жылы Клейманмен жетілдірілген болатын. Нефелометрлік әдістің жылдам дамуы сол кезден басталды. Іші қа- рауытылған жәшік, бүйірінде горизонталь саңылаулары орналасқан жә- не стандартты сұйықтық сыналатын шыны түтікше қойылатын құрыл- ғы нефелометрдің қарапайым қондырғысы ретінде қызмет ете алады. Жарық оған бүйіріндегі саңылау арқылы түседі және сол кезде жарық сәулесінің бағытына перпендикуляр қаралады. Ричардтың бірінші не- фелометрінде шыны лайлы сұйықтығы бар түтікшелер жарым жарты мөлдір емес футлярмен жабылып қалатын.
Лейца фирмасында жасалған жаңа әмбебап колориметр - нефелометр- де жарық лайлы бөлшектермен кері бағытта, нақ - төмен жалпақ ыдыс түбі арқылы өтеді. 1- суретте Клейман нефелометріндегі сәуленің сызбалық жүрісі көрсетілген.
сурет.
1- суретте - саңылау (терезе ) , сол арқылы жарық түседі; соңғы түскен сәулелер мүмкіндігінше параллель болу қажет. Кейде
саңылау ені өзгеруінің орнына , сұйықтығы бар ыдыстың жaғдайы өзгереді. Оған Кобер үлгісі мысал бола алады. Бұл құрылғының қозғалысы әдеттегідей тістердің көмегімен жүрмейді, ол гидравли- калық әдістеменің нақты қорытындысын орнатады. Берілген ерітіндіні ауыстыру үшін , жарық шыны түтікшенің қабырғасына жайылғанда және шыны түтікшеге түрлі лайлы дәрежеде себілген ұнтақ шағылыс- қандағы тұрақты стандартты пайдаланады.
Нефелометр нақты нәтиже беру үшін , қойылған шарттарды орындау қажет. Ең алдымен бұған ыдыстардың тазалығы, саусақтардың және шаңның іздері қалмаған болу керек; ерітіндінің құрамында ерітіндіні фильтрлегенде түсетін фильтр қағаздарының ұнтақтары үлкен қате- лерге алып келуі мүмкін.
2 - суретте Клейнман нефелометрінің жалпы түрі көрсетілген.
Сонымен қатар, екі шыны түтікшеге түскен жарық бірдей екендігіне , оған лайлы сұйықтықты құйғанда , оның екі жағынан жарқырауы да бірдей болуы шарт. Ал егер олар бірдей болмаса, бірдей болғанша жарықты жылжыту керек. Ерітіндінің орның ауыстырған- да , олардың енінің саңылауы бірдей және тұрақты болып қалады.
3 – сурет.
Көптеген нефелометрдің енінің өзгеруі , лайлы сұйықтықтың жуан- дығының өзгеруіне әкеледі.
Нефелометрді концентрациясы бойынша жақын ерітінділер үшін қол- данғанда , ең жақсы нәтижеге қол жеткізуге болады.
Нефелометрмен жұмысты қараңғы бөлмеде жасайды , сол үшін көзді алдын - ала 5 - 10 минут қараңғыға үйрету керек. Міндетті түрде
есеп беру жүргізеді де, олардың орташасын алады. Нефелометрге қойылатын талаптардың барлығын дұрыс сақтаса, ол барлық биологиялық және аналитикалық әдістер үшін жеткілікті түрде дәл нәтижелер береді. Нефелометрдің ерекшелігі - оның сезімталдығы және өте кішкентай мөлшердегі заттарды анализдей алатыны. Әдетте олардың мөлшері 1 литрдегі бірнеше миллиграмм. Ал қазіргі кездегі нефелометрдің микроүлгісі бар болғаны 1,5 – 3 см сұйықтықта анализдейді. Нефелометрлік анықтамалардың жылдамдығы оларды ерекше бағалы етеді , көптеген анықтамаларды аз уақыттың ішінде жүргізеді. Нефелометрдің пайда болғаннан бастап көп уақыт өтпеді , алайда ол көптеген облыстарда өзіне кен қолданыс және өркендеу тапты.
Нефелометрлік талдау әдісі
Нефелометрлік талдау әдістегі концентрацияны анықтау жарық интенсивтілігін өлшеуге негізделген. Сіңірілген жарық интенсивтілігі Релей заңына бағынады:
Мұндағы , Iн және I0 - сіңірілген және түскен жарық интенсивті лігі , n1 және n2 - орта сыну коэффициенті , N - жарық шағылатын
бөлшектердің жалпы саны , х - бір бөлшектің көлемі , l - түскен жарықтың толқын ұзындығы , r - арақашықтық , β - түскен жарық пен сіңірілген жарықтың бұрышы. Нефелометрлік талдау әдісі кезінде үлкендік қатары тұрақты болып қалады да келесі түрге ауысады:
Нефелометрлік талдау әдісі кезінде қиындық туғызатыны - сіңірілген жарық интенсивтілі бөлшектердің көлеміне байланысты болуы.
Бұл кезде дайындау методикасына көп көңіл бөлінеді - соның ішінде , концентрациялық және температурадық талаптарды қатаң сақтау , ерітінділерді араластыру реті мен жылдамдығы , қорғаныш коллоидын енгізу және т.б. Бұл талаптарды орындаған жағдайда , суспензиядағы бөлшектердің көлемі бірдей , өлшемдері қанағаттанды рарлық , яғни бір тәжірибеден екінші тәжірибеге ауысуға болады.
Концентрацияны бірлік көлемдегі бөлшектер санымен көрсетуге болады:
Бұл жерде V - суспензия көлемі ; NA - Авогадро тұрақтысы.
(V.3) пен (V.2) байланыстыра отырып , біз :
Олар тұрақты болғанда:
Немесе ,
(V.6) теңдік сіңірілген жарық интенсивтілігі мен түскен жарық интенсивтілігі бір біріне тура пропорционал.
Лай өлшеуіш ( мутномер) түрлері.
Ең алдымен терминология жағын анықтап алу керек. Шетелдің және біздің де әдебиеттерде « турбидиметр» сөзі көп кездеседі. Осыған байланысты атауы да « турбидиметрлік әдіс » анализі деп аталады. Орыс әдебиеттерінде « мутномер» және « нефелометр» сөздерін кездестіреміз.
Турбидиметр - лайлылық анализаторы , оны фотометриялық әдістерде қолданады.
Нефелометрде лайлануды анықтау үшін сәуле шашу принципі қолданылады және қайнарға 90 бұрыш астында анықталады.
Біз жоғарыда , өлшеу нәтижелері , оның өткен жеріне , талаптарына , құрылғының түріне және конструкциясына байланысты екенін айт-
қанбыз. Егер классификациялауға болатын лайлылықты өлшеудегі әр- түрлі бірліктердің негізгі белгілерін көрсетсек, олар:
қондырғыны калибрлеу үшін қолданылатын стандарттар;
сәулелену көзі;
детектордың мөлшері мен орналасу сұлбасы.
Бұл классификацияға сәйкес диаграмма 4- суретте көрсетілген.
4- сурет.
4- суретте көрсетілген диаграммада кең өрісті шкаланы формазин стандарттары алып отыр. Формазин суспензияның бірден бір қасиеті , оның бірінші кезектегі жаңғыртуы және ұзақ уақыт сақталуы.
Екінші топтағы лайлану бірлігі - нақты заттардың концентрациясын көрсету бірлігі болып табылады (коалин , кремнезем ).
Нефелометрдің жұмыс істеу принципі.
Нефелометрлік талдауды орындаған кезде дұрыс әлі қайталанымды нәтиже алу үшін негізгі шарт болып табылатын кейбір жағдайлар- ды сақтау керек. Көбінесе аса сұйытылған ерітінділерді пайдаланатын- дықтан, ондағы алынатын тұнба түйірлері ( жүзгіндері ) барынша на- шар еруі қажет , яғни еру көбейткішінің мәні ескерілмейтіндей болу керек.
Дұрыс нәтиже алу бөлшек өлшеміне тәуелді , сондықтан да ұсақ та ұнтақты бөлшектерді алуға арнап жасаған әдістеме ретін толық сақтау қажет. Бөлшектердің өлшемі мен жүзгіннің оптикалық қасие- тіне мына факторлар әсер етеді: тұнбаны түзетін иондардың концентрациясы ; араласатын реагент концентрациялары арасындағы қатынас ; ерітінділерді араластыру реті ; араластыру жылдамдығы , температура және араластыру ; жақсы лайлылықты алуға қажетті мер- зім ; дисперсиялық жүйенің тұрақтылығы ; бөгде электролиттер мен электролит еместердің қатынасуы ; қорғаушы коллоидтардың болуы.
Бұл факторларды жан жақты зерттеп білу затты нефелометрлік талдауға дайындық жұмысын тиянақты жүргізуді қажет етеді. Жүз- гіндер ұзақ уақытқа тұрақты болу үшін кейде қорғаушы коллоид- ты қосады.
Осы шектеулердің бәрі әдістердің қателігін арттырады , олар спектрофотометрлік әдістерге қарағанда аса дәл емес, мұны аналити- калық практикада фотометрия нәтиже бергенде пайдаланады.
Мысалы , сульфаттар да , хлоридтер де , сондай - ақ кейбір иондар да боялған қосылыстар түзбейді , сондықтан да оларды нефелометрлік әдіспен анықтаған жөн.
6 – суретте Turb 430 T және Turb 430 IR жаңа лайлымер қолдану- шыларға керекті стандарттан және қолданыс облыстардан нефело- метрлік өлшеулер ге таңдау береді. Turb 430 IR қондырғысы DIN 27027/ISO7027 талаптарына , ал, Turb 430 T US EPA 180.1. талаптарына сай жасалған.
Өлшеу диапазоны 0 - ден - 1100 NTU/ЕМФ дейін автоматты түрде таңдалады. Колибровка бас мәзір арқылы 1 ден 3 дейінгі нүктелерді басып орындалады. Өлшеу функциялары қарапайым және түсінікті - тіпті тәжірибесіз пайдаланушы да нақты нәтиже шығара алады.
Колибровка AMCO® (0,02-10-1000 NTU) стандарттар бойынша орындалады. Оның жадында 1000 нүктеге дейін сақталуы мүмкін.
7 – суретте Lovibond® TurbiDirect – лай өлшеуге арналған жоғары дәл- діктегі құрал. Оны түрлі зертханаларда , сондай - ақ дала жағдайында қолдануға болады. Инфрақызыл жарық сәулесі боялған және боял -маған үлгілерді өлшейді. Автоматтық диапазон тура лайлануды өлшеудің 0,01 – 1100 нефелометрлік бірлікке дейін анықтауға мүмкіндік береді.
Жаңа лай өлшеуіштер негізінен барлық европалық стандарттың және ресейлік МЕСТ - тың талаптарына сай жасалады. Оларда түсінің орнын толтыру оптикасы болады. Осылардың арқасында
барлық диапазонда максималды дәлдікпен лайлылықты, түстерді және жұтылу мен өтімділікті анықтайды.
Басқа түрлері кең диапазонда 0.0001 - ден 10000 өлшейді. Олар әр түрлі облыстарда: фармацевтикадағы және тамақ өнеркәсібіндегі таза және ішуге жарайтын судың сапасын бақылаудан бастап , ағынды сулар мониторингіне дейін қолданылады. Жарық өзіне қа- жетті үлгімен әрекет жасағаннан кейін нәтижені детекторда бекітеді. Мутномердің өлшеу жүйесі нефелометрлік ( 90° бұрышта) өлшеу ғана емес, сәуленің шашырап таралуы қатынастарының әр түрлі бұрыштағы және өтімділік режимдегі есебін анықтайтын төрт детектордан тұрады. Олар: фотоэлектронды көбейткіш (ФЭУ ) , вакуум ды фотодиод , кремнийлі фотодиод және кадмий сульфиді негізіндегі фотоэлемент. Детектор сезімталдығы әр түрлі толқын диапазонының ұзындықтарында өзгеше. Фотоэлектронды көбейткіш нефелометрде қолданылады , алайда оның спектрлерге сезімталдығы өте жоғары.
Жақсы тұрақтылықты сақтау үшін , оларға тұрақты жоғары кернеу көзі керек. Вакуумды фотодиод спектрлі мінездемесімен фотоэлектронды көбейткішке ұқсас , бірақ тұрақтылау.
8, 9 – суреттерде нефелометрдің жаңа үлгілері.
10 – суретте су өткізбейтін және шаңнан жақсы қорғалған , жүзетін нефелометрлік турбидиметр. Ол компактілі және алып жүруге қолайлы. Энергияны аз тұтынады, дисплейі оқуға оңай жасалған.
11 – суретте жоғары дәлдіктегі өндірістік лайлымер.
12 – суретте ақуыздарды анықтайтын жаңа нефелометр .
13 – суретте нефелометр - анализатор. Ол сырадағы , винодағы , шырындағы нефелометрлік субстанцияларды анықтайды.
Нефелометриялық әдіс суспензияны , майшытты ( эмульсия ) , басқа да лайлы заттарды анализдеуге негізделген.
Осындай ортадан өткен жарық интенсивтілігі , орта құрам бөлшектерінің жарық жұту себебінен азаяды.
Көптеген қондырғылар , соның ішінде нефелометрда шашырауды 90 ° бұрышпен анықтайды (5- сурет ).
5- сурет
Нефелометр өзінің сезімталдығымен , дәлділігімен , кең қолданылуымен және бөлшек концентрациясына байланысты Стандарттау әдістерінің ең қолайлы лайлылықты анықтау құралы болып танылды.
Нефелометрлік сандық анықтау градуирлеу графигі әдісімен жүр- гізіледі: I / I – C немесе Д - lgc , ал екіншісінде S- C координаттары- ның графигі салынады. Мұнымен қатар , нашар еритін жүзгіндер мен коллоидты қосылыстар түзілетін реакцияға негізделген
турбидиметриялық әдістермен белгілі. Осы екі әдістің басты артықшылығы айтарлықтай жоғарғы сезімталдығы. Бұл әсіресе , колориметрлік , спектрофотометрлік әдістерді қолдану реті беймәлім , түсті реакциясы жоқ иондар мен молекулалар үшін қолайлы. Іс жүзінде әр түрлі хлоридтер , сульфаттар кездесетін табиғи және ағынды сулардағы иондарды анықтағанда нефелометрия кең қолданылады.
Бұл екі әдіс те дәлдігі бойынша фотометрлік әдістен артық емес және ол өлшемі бірдей болып , уақыт өткен сайын тұрақты қалатын суспензияларды алу қиындығымен байланысты. Мұнда фотометрлік әдісте кездесетін негізгі кемшіліктерге суспензиялардың физикалық химиялық және талдаулық қасиеттері- нің толық қайталанбайтыны қосылады. Арнайы әзірленген және талданатын үлгі ерітінділерін салыстыра зерттегенде , жарық- тың шашырауына ықпал ететін өлшемі біркелкі бөлшектерді алу жағдайын барынша бірдей ету қажет. Бұл шарт неғұрлым дұрыс орындалса , нефелометрлік өлшеу дәлдігі соғұрлым жоғары болады.
Әр түрлі салалардағы нефелометрлер
6- сурет.
7- сурет.
8 – сурет.
9 – сурет.
10- сурет.
11 –сурет.
12 – сурет.
13 – сурет.
Қорытынды
Аналитикалық химияда біз көптеген кішкене мөлшердегі заттармен кездесеміз. Мысалы , металлдардың құрамында бірнеше мыңдаған пайыз қоспалар болады. Осындай мөлшердегі заттарды химиялық әдістермен анықтау мүмкін емес , оларды оптикалық әдіспен анықтайды.
Оптикалық әдіске - нефелометриялық және турбидиметриялық әдістер жатады. Бұл әдістер энергия сәулесінің жұтылуымен байланысты.
Нефелометриялық әдіс суспензияны , майшытты ( эмульсия ) , басқа да лайлы заттарды анализдеуге негізделген.
Осындай ортадан өткен жарық интенсивтілігі , орта құрам бөлшектерінің жарық жұту себебінен азаяды.
Нефелометр өзінің сезімталдығымен , дәлділігімен , кең қолданылуы- мен және бөлшек концентрациясына байланысты Стандарттау әдістерінің ең қолайлы лайлылықты анықтау құралы болып таныл- ды.
Қазіргі заманғы аналитикалық практикада басты интегралды көр- сеткіші - лайланушылық аумағы және ол су даярлығында , су тазар- туда , тамақ пен химиялық өндірісте кеңінен қолданыс табуда. Бұл аналитикалық әдістің өсуі көптеген бағыттармен және табиғаттың көпжақтылығымен параллель жүріп отырды.
Нефелометрияға арналған приборлардың конструкциясы флуорес- центтік приборларға ұқсас , сондықтан кез келген фотометрді нефело- метрлік өлшем үшін қолдануға болады. Олардың приборда болуы түсетін жарық толқынының ұзындығына қисындастырылып , реттеуді қажет етеді. Көптеген флуориметрлер мен спектрофлуориметрлер
нефелометрге арналған қосымша жабдықтармен қамтамасыз етілген.
Жіңішке сәуле беретін жарық көзі ретінде шамалы бұрышпен (не- бәрі 2° бұрыш ) жарық шашыратуды өлшеуге арналған гелий неонды лазері бар нефелометрия түрі жасалған. Ал детектор осындай шамалы бұрышпен шашырауды өлшеуді қамтамасыз етеді. Лазерді пайдалану ұяшықтарды қолданып , көлемі кішігірім сынаманы ( 2* 10 мл ) өлшеуге мүмкіндік береді.
Әдебиеттер тізімі
Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа -5-е изд., перераб.- Л.:Химия, 1986. - 432 с.
Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа, изд. 4-е, пер. и доп., Л., «Хиимя», 1976. -376с.
Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В двух книгах: кн..1 – М.: Химия, 1990. -480с.
Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В двух книгах: кн..2 – М.: Химия, 1990. -480с.
Васильєв В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 2. Физико – химические методы анализа: Учеб. для Химко – технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 384с.
Шишловский А. А. Прикладная физическая оптика. М.: Физматгиз, 1961. - 811 с.
Оптические спектральные приборы. Л.: Энергия, 1975. - 136 с.
Толмачев Ю.А. Новые спектральные приборы. Принципы работы. Л.: ЛГУ, 1976. - 126 с.
Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976. - 928 с.
www.google.kz/search?q=нефелометрический+метод
18
І. Кіріспе……………………………………………………………….3
ІІ. Негізгі бөлім……………………………………………………….4
Алғашқы нефелометрлер……………………………………….4
Нефелометрлік талдау әдісі…………………………………..7
Лай өлшеуіш түрлері…………………………………………...9
Нефелометрдің жұмыс істеу принципі………………………11
Әр түрлі салалардағы нефелометрлер (суреттер)……………..16
ІІІ. Қорытынды…………………………………………………………24
ІV. Әдебиеттер тізімі……………………………………………….....26
Кіріспе
Нефелометрия ( грекше nephe – los – тұман ) - ерітіндінің лайланушы дәре- жесімен өлшенетін зат концентрациясын талдау әдісі. Лайланушылық өлшеуді екі жақты принципті бейнемен шығаруға болады.
Лайлы сұйықтықтан өткен жарықтың жұтылуы, түсті ерітіндіден өткен колориметрияға ұқсас. Мұндай өлшеуді « мөлдір емес» лайлы сұйықтық деп атауға болады.
Жарық интенсивтілігінің түсуі мен шағылуының кішкене бөліктерімен өлшеу.
Бірінші принципке негізделген әдістер өте анық емес және өрескел анықтамаларға арналған. Оларда әдетте , лайлы сұйықтыққа қарағанда , қандай да болмасын ұсталатын немесе жоғалатын бейнелері ( мысалы, баспа әріптері немесе сурет сызықтары ) бар жуан сұйық қабат орналасады. Бұл әдіспен алғаш рет Стае 1894 жылы қолданды. Бұған мысал ретінде сүттің майлылығын анықтау бола алады. Дәл анықтама беруге екінші принцип жарықтың лайлы сұйықтықта кішкентай бөлшектермен себіліп, жарық сәулесінің түсуіне перпендикуляр бағытталады. Бұл принципті қолдану сандық мақсатта алғы шарттарды талап етеді. Абсолютті жарықтың себілуі лай сұйықтықпен және жа- рық кезеңдерінің қатарына тәуелді болады.
Шынында , дәл анықтаманы арнайы құрылғының, яғни нефелометрдің көмегімен алуға болады.
Алғашқы нефелометрлер.
Алғаш нефелометрді 1894 жылы Ричард құрастырды, және оны дәлдік аналитикалық мақсаттар үшін қолданды. Бұл құрылғы 1914 жылы Кобермен, ал 1919 жылы Клейманмен жетілдірілген болатын. Нефелометрлік әдістің жылдам дамуы сол кезден басталды. Іші қа- рауытылған жәшік, бүйірінде горизонталь саңылаулары орналасқан жә- не стандартты сұйықтық сыналатын шыны түтікше қойылатын құрыл- ғы нефелометрдің қарапайым қондырғысы ретінде қызмет ете алады. Жарық оған бүйіріндегі саңылау арқылы түседі және сол кезде жарық сәулесінің бағытына перпендикуляр қаралады. Ричардтың бірінші не- фелометрінде шыны лайлы сұйықтығы бар түтікшелер жарым жарты мөлдір емес футлярмен жабылып қалатын.
Лейца фирмасында жасалған жаңа әмбебап колориметр - нефелометр- де жарық лайлы бөлшектермен кері бағытта, нақ - төмен жалпақ ыдыс түбі арқылы өтеді. 1- суретте Клейман нефелометріндегі сәуленің сызбалық жүрісі көрсетілген.
сурет.
1- суретте - саңылау (терезе ) , сол арқылы жарық түседі; соңғы түскен сәулелер мүмкіндігінше параллель болу қажет. Кейде
саңылау ені өзгеруінің орнына , сұйықтығы бар ыдыстың жaғдайы өзгереді. Оған Кобер үлгісі мысал бола алады. Бұл құрылғының қозғалысы әдеттегідей тістердің көмегімен жүрмейді, ол гидравли- калық әдістеменің нақты қорытындысын орнатады. Берілген ерітіндіні ауыстыру үшін , жарық шыны түтікшенің қабырғасына жайылғанда және шыны түтікшеге түрлі лайлы дәрежеде себілген ұнтақ шағылыс- қандағы тұрақты стандартты пайдаланады.
Нефелометр нақты нәтиже беру үшін , қойылған шарттарды орындау қажет. Ең алдымен бұған ыдыстардың тазалығы, саусақтардың және шаңның іздері қалмаған болу керек; ерітіндінің құрамында ерітіндіні фильтрлегенде түсетін фильтр қағаздарының ұнтақтары үлкен қате- лерге алып келуі мүмкін.
2 - суретте Клейнман нефелометрінің жалпы түрі көрсетілген.
Сонымен қатар, екі шыны түтікшеге түскен жарық бірдей екендігіне , оған лайлы сұйықтықты құйғанда , оның екі жағынан жарқырауы да бірдей болуы шарт. Ал егер олар бірдей болмаса, бірдей болғанша жарықты жылжыту керек. Ерітіндінің орның ауыстырған- да , олардың енінің саңылауы бірдей және тұрақты болып қалады.
3 – сурет.
Көптеген нефелометрдің енінің өзгеруі , лайлы сұйықтықтың жуан- дығының өзгеруіне әкеледі.
Нефелометрді концентрациясы бойынша жақын ерітінділер үшін қол- данғанда , ең жақсы нәтижеге қол жеткізуге болады.
Нефелометрмен жұмысты қараңғы бөлмеде жасайды , сол үшін көзді алдын - ала 5 - 10 минут қараңғыға үйрету керек. Міндетті түрде
есеп беру жүргізеді де, олардың орташасын алады. Нефелометрге қойылатын талаптардың барлығын дұрыс сақтаса, ол барлық биологиялық және аналитикалық әдістер үшін жеткілікті түрде дәл нәтижелер береді. Нефелометрдің ерекшелігі - оның сезімталдығы және өте кішкентай мөлшердегі заттарды анализдей алатыны. Әдетте олардың мөлшері 1 литрдегі бірнеше миллиграмм. Ал қазіргі кездегі нефелометрдің микроүлгісі бар болғаны 1,5 – 3 см сұйықтықта анализдейді. Нефелометрлік анықтамалардың жылдамдығы оларды ерекше бағалы етеді , көптеген анықтамаларды аз уақыттың ішінде жүргізеді. Нефелометрдің пайда болғаннан бастап көп уақыт өтпеді , алайда ол көптеген облыстарда өзіне кен қолданыс және өркендеу тапты.
Нефелометрлік талдау әдісі
Нефелометрлік талдау әдістегі концентрацияны анықтау жарық интенсивтілігін өлшеуге негізделген. Сіңірілген жарық интенсивтілігі Релей заңына бағынады:
Мұндағы , Iн және I0 - сіңірілген және түскен жарық интенсивті лігі , n1 және n2 - орта сыну коэффициенті , N - жарық шағылатын
бөлшектердің жалпы саны , х - бір бөлшектің көлемі , l - түскен жарықтың толқын ұзындығы , r - арақашықтық , β - түскен жарық пен сіңірілген жарықтың бұрышы. Нефелометрлік талдау әдісі кезінде үлкендік қатары тұрақты болып қалады да келесі түрге ауысады:
Нефелометрлік талдау әдісі кезінде қиындық туғызатыны - сіңірілген жарық интенсивтілі бөлшектердің көлеміне байланысты болуы.
Бұл кезде дайындау методикасына көп көңіл бөлінеді - соның ішінде , концентрациялық және температурадық талаптарды қатаң сақтау , ерітінділерді араластыру реті мен жылдамдығы , қорғаныш коллоидын енгізу және т.б. Бұл талаптарды орындаған жағдайда , суспензиядағы бөлшектердің көлемі бірдей , өлшемдері қанағаттанды рарлық , яғни бір тәжірибеден екінші тәжірибеге ауысуға болады.
Концентрацияны бірлік көлемдегі бөлшектер санымен көрсетуге болады:
Бұл жерде V - суспензия көлемі ; NA - Авогадро тұрақтысы.
(V.3) пен (V.2) байланыстыра отырып , біз :
Олар тұрақты болғанда:
Немесе ,
(V.6) теңдік сіңірілген жарық интенсивтілігі мен түскен жарық интенсивтілігі бір біріне тура пропорционал.
Лай өлшеуіш ( мутномер) түрлері.
Ең алдымен терминология жағын анықтап алу керек. Шетелдің және біздің де әдебиеттерде « турбидиметр» сөзі көп кездеседі. Осыған байланысты атауы да « турбидиметрлік әдіс » анализі деп аталады. Орыс әдебиеттерінде « мутномер» және « нефелометр» сөздерін кездестіреміз.
Турбидиметр - лайлылық анализаторы , оны фотометриялық әдістерде қолданады.
Нефелометрде лайлануды анықтау үшін сәуле шашу принципі қолданылады және қайнарға 90 бұрыш астында анықталады.
Біз жоғарыда , өлшеу нәтижелері , оның өткен жеріне , талаптарына , құрылғының түріне және конструкциясына байланысты екенін айт-
қанбыз. Егер классификациялауға болатын лайлылықты өлшеудегі әр- түрлі бірліктердің негізгі белгілерін көрсетсек, олар:
қондырғыны калибрлеу үшін қолданылатын стандарттар;
сәулелену көзі;
детектордың мөлшері мен орналасу сұлбасы.
Бұл классификацияға сәйкес диаграмма 4- суретте көрсетілген.
4- сурет.
4- суретте көрсетілген диаграммада кең өрісті шкаланы формазин стандарттары алып отыр. Формазин суспензияның бірден бір қасиеті , оның бірінші кезектегі жаңғыртуы және ұзақ уақыт сақталуы.
Екінші топтағы лайлану бірлігі - нақты заттардың концентрациясын көрсету бірлігі болып табылады (коалин , кремнезем ).
Нефелометрдің жұмыс істеу принципі.
Нефелометрлік талдауды орындаған кезде дұрыс әлі қайталанымды нәтиже алу үшін негізгі шарт болып табылатын кейбір жағдайлар- ды сақтау керек. Көбінесе аса сұйытылған ерітінділерді пайдаланатын- дықтан, ондағы алынатын тұнба түйірлері ( жүзгіндері ) барынша на- шар еруі қажет , яғни еру көбейткішінің мәні ескерілмейтіндей болу керек.
Дұрыс нәтиже алу бөлшек өлшеміне тәуелді , сондықтан да ұсақ та ұнтақты бөлшектерді алуға арнап жасаған әдістеме ретін толық сақтау қажет. Бөлшектердің өлшемі мен жүзгіннің оптикалық қасие- тіне мына факторлар әсер етеді: тұнбаны түзетін иондардың концентрациясы ; араласатын реагент концентрациялары арасындағы қатынас ; ерітінділерді араластыру реті ; араластыру жылдамдығы , температура және араластыру ; жақсы лайлылықты алуға қажетті мер- зім ; дисперсиялық жүйенің тұрақтылығы ; бөгде электролиттер мен электролит еместердің қатынасуы ; қорғаушы коллоидтардың болуы.
Бұл факторларды жан жақты зерттеп білу затты нефелометрлік талдауға дайындық жұмысын тиянақты жүргізуді қажет етеді. Жүз- гіндер ұзақ уақытқа тұрақты болу үшін кейде қорғаушы коллоид- ты қосады.
Осы шектеулердің бәрі әдістердің қателігін арттырады , олар спектрофотометрлік әдістерге қарағанда аса дәл емес, мұны аналити- калық практикада фотометрия нәтиже бергенде пайдаланады.
Мысалы , сульфаттар да , хлоридтер де , сондай - ақ кейбір иондар да боялған қосылыстар түзбейді , сондықтан да оларды нефелометрлік әдіспен анықтаған жөн.
6 – суретте Turb 430 T және Turb 430 IR жаңа лайлымер қолдану- шыларға керекті стандарттан және қолданыс облыстардан нефело- метрлік өлшеулер ге таңдау береді. Turb 430 IR қондырғысы DIN 27027/ISO7027 талаптарына , ал, Turb 430 T US EPA 180.1. талаптарына сай жасалған.
Өлшеу диапазоны 0 - ден - 1100 NTU/ЕМФ дейін автоматты түрде таңдалады. Колибровка бас мәзір арқылы 1 ден 3 дейінгі нүктелерді басып орындалады. Өлшеу функциялары қарапайым және түсінікті - тіпті тәжірибесіз пайдаланушы да нақты нәтиже шығара алады.
Колибровка AMCO® (0,02-10-1000 NTU) стандарттар бойынша орындалады. Оның жадында 1000 нүктеге дейін сақталуы мүмкін.
7 – суретте Lovibond® TurbiDirect – лай өлшеуге арналған жоғары дәл- діктегі құрал. Оны түрлі зертханаларда , сондай - ақ дала жағдайында қолдануға болады. Инфрақызыл жарық сәулесі боялған және боял -маған үлгілерді өлшейді. Автоматтық диапазон тура лайлануды өлшеудің 0,01 – 1100 нефелометрлік бірлікке дейін анықтауға мүмкіндік береді.
Жаңа лай өлшеуіштер негізінен барлық европалық стандарттың және ресейлік МЕСТ - тың талаптарына сай жасалады. Оларда түсінің орнын толтыру оптикасы болады. Осылардың арқасында
барлық диапазонда максималды дәлдікпен лайлылықты, түстерді және жұтылу мен өтімділікті анықтайды.
Басқа түрлері кең диапазонда 0.0001 - ден 10000 өлшейді. Олар әр түрлі облыстарда: фармацевтикадағы және тамақ өнеркәсібіндегі таза және ішуге жарайтын судың сапасын бақылаудан бастап , ағынды сулар мониторингіне дейін қолданылады. Жарық өзіне қа- жетті үлгімен әрекет жасағаннан кейін нәтижені детекторда бекітеді. Мутномердің өлшеу жүйесі нефелометрлік ( 90° бұрышта) өлшеу ғана емес, сәуленің шашырап таралуы қатынастарының әр түрлі бұрыштағы және өтімділік режимдегі есебін анықтайтын төрт детектордан тұрады. Олар: фотоэлектронды көбейткіш (ФЭУ ) , вакуум ды фотодиод , кремнийлі фотодиод және кадмий сульфиді негізіндегі фотоэлемент. Детектор сезімталдығы әр түрлі толқын диапазонының ұзындықтарында өзгеше. Фотоэлектронды көбейткіш нефелометрде қолданылады , алайда оның спектрлерге сезімталдығы өте жоғары.
Жақсы тұрақтылықты сақтау үшін , оларға тұрақты жоғары кернеу көзі керек. Вакуумды фотодиод спектрлі мінездемесімен фотоэлектронды көбейткішке ұқсас , бірақ тұрақтылау.
8, 9 – суреттерде нефелометрдің жаңа үлгілері.
10 – суретте су өткізбейтін және шаңнан жақсы қорғалған , жүзетін нефелометрлік турбидиметр. Ол компактілі және алып жүруге қолайлы. Энергияны аз тұтынады, дисплейі оқуға оңай жасалған.
11 – суретте жоғары дәлдіктегі өндірістік лайлымер.
12 – суретте ақуыздарды анықтайтын жаңа нефелометр .
13 – суретте нефелометр - анализатор. Ол сырадағы , винодағы , шырындағы нефелометрлік субстанцияларды анықтайды.
Нефелометриялық әдіс суспензияны , майшытты ( эмульсия ) , басқа да лайлы заттарды анализдеуге негізделген.
Осындай ортадан өткен жарық интенсивтілігі , орта құрам бөлшектерінің жарық жұту себебінен азаяды.
Көптеген қондырғылар , соның ішінде нефелометрда шашырауды 90 ° бұрышпен анықтайды (5- сурет ).
5- сурет
Нефелометр өзінің сезімталдығымен , дәлділігімен , кең қолданылуымен және бөлшек концентрациясына байланысты Стандарттау әдістерінің ең қолайлы лайлылықты анықтау құралы болып танылды.
Нефелометрлік сандық анықтау градуирлеу графигі әдісімен жүр- гізіледі: I / I – C немесе Д - lgc , ал екіншісінде S- C координаттары- ның графигі салынады. Мұнымен қатар , нашар еритін жүзгіндер мен коллоидты қосылыстар түзілетін реакцияға негізделген
турбидиметриялық әдістермен белгілі. Осы екі әдістің басты артықшылығы айтарлықтай жоғарғы сезімталдығы. Бұл әсіресе , колориметрлік , спектрофотометрлік әдістерді қолдану реті беймәлім , түсті реакциясы жоқ иондар мен молекулалар үшін қолайлы. Іс жүзінде әр түрлі хлоридтер , сульфаттар кездесетін табиғи және ағынды сулардағы иондарды анықтағанда нефелометрия кең қолданылады.
Бұл екі әдіс те дәлдігі бойынша фотометрлік әдістен артық емес және ол өлшемі бірдей болып , уақыт өткен сайын тұрақты қалатын суспензияларды алу қиындығымен байланысты. Мұнда фотометрлік әдісте кездесетін негізгі кемшіліктерге суспензиялардың физикалық химиялық және талдаулық қасиеттері- нің толық қайталанбайтыны қосылады. Арнайы әзірленген және талданатын үлгі ерітінділерін салыстыра зерттегенде , жарық- тың шашырауына ықпал ететін өлшемі біркелкі бөлшектерді алу жағдайын барынша бірдей ету қажет. Бұл шарт неғұрлым дұрыс орындалса , нефелометрлік өлшеу дәлдігі соғұрлым жоғары болады.
Әр түрлі салалардағы нефелометрлер
6- сурет.
7- сурет.
8 – сурет.
9 – сурет.
10- сурет.
11 –сурет.
12 – сурет.
13 – сурет.
Қорытынды
Аналитикалық химияда біз көптеген кішкене мөлшердегі заттармен кездесеміз. Мысалы , металлдардың құрамында бірнеше мыңдаған пайыз қоспалар болады. Осындай мөлшердегі заттарды химиялық әдістермен анықтау мүмкін емес , оларды оптикалық әдіспен анықтайды.
Оптикалық әдіске - нефелометриялық және турбидиметриялық әдістер жатады. Бұл әдістер энергия сәулесінің жұтылуымен байланысты.
Нефелометриялық әдіс суспензияны , майшытты ( эмульсия ) , басқа да лайлы заттарды анализдеуге негізделген.
Осындай ортадан өткен жарық интенсивтілігі , орта құрам бөлшектерінің жарық жұту себебінен азаяды.
Нефелометр өзінің сезімталдығымен , дәлділігімен , кең қолданылуы- мен және бөлшек концентрациясына байланысты Стандарттау әдістерінің ең қолайлы лайлылықты анықтау құралы болып таныл- ды.
Қазіргі заманғы аналитикалық практикада басты интегралды көр- сеткіші - лайланушылық аумағы және ол су даярлығында , су тазар- туда , тамақ пен химиялық өндірісте кеңінен қолданыс табуда. Бұл аналитикалық әдістің өсуі көптеген бағыттармен және табиғаттың көпжақтылығымен параллель жүріп отырды.
Нефелометрияға арналған приборлардың конструкциясы флуорес- центтік приборларға ұқсас , сондықтан кез келген фотометрді нефело- метрлік өлшем үшін қолдануға болады. Олардың приборда болуы түсетін жарық толқынының ұзындығына қисындастырылып , реттеуді қажет етеді. Көптеген флуориметрлер мен спектрофлуориметрлер
нефелометрге арналған қосымша жабдықтармен қамтамасыз етілген.
Жіңішке сәуле беретін жарық көзі ретінде шамалы бұрышпен (не- бәрі 2° бұрыш ) жарық шашыратуды өлшеуге арналған гелий неонды лазері бар нефелометрия түрі жасалған. Ал детектор осындай шамалы бұрышпен шашырауды өлшеуді қамтамасыз етеді. Лазерді пайдалану ұяшықтарды қолданып , көлемі кішігірім сынаманы ( 2* 10 мл ) өлшеуге мүмкіндік береді.
Әдебиеттер тізімі
Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа -5-е изд., перераб.- Л.:Химия, 1986. - 432 с.
Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа, изд. 4-е, пер. и доп., Л., «Хиимя», 1976. -376с.
Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В двух книгах: кн..1 – М.: Химия, 1990. -480с.
Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В двух книгах: кн..2 – М.: Химия, 1990. -480с.
Васильєв В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Ч. 2. Физико – химические методы анализа: Учеб. для Химко – технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 384с.
Шишловский А. А. Прикладная физическая оптика. М.: Физматгиз, 1961. - 811 с.
Оптические спектральные приборы. Л.: Энергия, 1975. - 136 с.
Толмачев Ю.А. Новые спектральные приборы. Принципы работы. Л.: ЛГУ, 1976. - 126 с.
Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976. - 928 с.
www.google.kz/search?q=нефелометрический+метод
