Турбидиметрия — өткен жарықтың қарқындылығын өлшеуге негізделген әдіс

КІРІСПЕ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4
1 ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 5-11
1.1 Турбидиметрияның теориялық негіздері … … … … … … .. … … … … … … 5
1.2 Турбидиметрия. Жұмыстың орындалуы … … … … … … .. … … … … … … .8
1.3 Турбидиметрияның аспаптары.Турбидиметриялық титрлеу … … … … ..9
1.4 Турбидиметрияның практикада қолданылуы … … … … … … . … … … … 11
2 ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ … … … … … … … … … … … … … … … … 13-15
2.1Ерітіндідегі сульфаттарды аңықтау … … … … … … … … … … … … … … .13
ҚОРЫТЫНДЫ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..16
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ … … … … … … … … … … … …17
ҚОСЫМША … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..18

КІРІСПЕ
Турбидиметрия (лат. turbidus — лай және грек. metre’o — өлшеймін) — лай ортада сіңірілетін жарық интенсивтілігін өлшеуге негізделген химиялық сандық талдаудың оптикалық әдісі. Өлшеу зерттелетін және стандартты ортада жарықты сіңіру интенсивтілігін салыстыру арқылы жүргізіледі. Турбидиметрияның бір түрі — турбидиметрлік титрлеу. Онда анықталатын зат тұндырылатын ерітіндімен титрленеді және лайланудың максимумы бойынша эквиваленттілік нүктесі белгіленеді. Т. сульфаттарды, фосфаттарды, хлоридтерді, цианидтерді, қорғасынды, мырышты анықтау үшін қолданылады.Турбидиметрлік талдау әдістері газды, қатты немесе сұйық, жүзгін күйдегі көбінесе коллоидты жүйеде кездесетін бөлшектердің электромагниттік сәуле шығаруды сіңіру немесе шашырату процесіне негізделген.Турбидиметрлік әдісте спектрофотометриядағыдай, нақты осы бөлшектердегі жарық ағынының абсорбциясын, басқаша айтқанда, эмульсия, суспензия коллоид, жүзгін арқылы өткен жарық ағынының интенсивтігін өлшейді. Олардың негізін калаушылар Рэлей, Тиндаль және Ми. Гетерогенді жүйедегі бөлшектер арқылы жарық ағыны өткенде және ол шашырағанда, жарықтың толқын ұзындығы өзгермейді. 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 ІІо 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.Түзу сызықты жағдайда өлшеуді турбидиметрия әдісі деп атайды. (1)

1 ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
1.1 Турбидиметрияның теориялық негіздері
Турбидиметрлік өлшеу кезінде алынатын шаманы оптикалық тығыздықка сәйкестендіріп лайық деп атайды және оны Беер заңы бойынша мына қатынаспен анықтайды:
S=lg(I0 I)=klN ( 1.1)
{displaystyle S=lg({frac {I_{0}}{I}})=klN-(1.1)}мұндағы S — лайлық, һ — лайлық коэффициенті, N — ара қашықтығы, N — шашырататын бөлшек саны, мл.
Рэлей-Ми теориясының негізінде лайлық көбейткіші мынаған тең:
{displaystyle k=0,04343[{frac {3}{2}}pi ^{5}a^{6}lambda ^{-4}({frac {m^{2}-1}{m^{2}+2}})]-(1.2)} k=0,04343[32PI5α6λ-4(m2-1m2+2)] -(1.2)
мұндағы d — бөлшек диаметрі, λ- толқын ұзындығы, m бөлшек пен еріткіш сыну көрсеткіштерінін қатынасы n1n2. Бұл теңдеу бөлшек өлшемі толқын ұзындыгынан кіші болатын бөлшектері бар сұйытылған суспензия үшін орынды. Молекулалық өлшемдегі бөлшектердің шашыратқан жарық интенсивтігі Рэлей заңына бағынады:
I=I0=(n12-n22 n22)*( NV2iλ4r2)(1+cos2ß) (1.3)
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:
I= kI0 NV2iλ4 (1.4)
{displaystyle I=kI_{0}{frac {NV_{i}^{2}}{lambda ^{4}}}-(1.4)}Бөлшектер концентрациясын мына теңдеу бойынша өрнектейді:
cr=NNAV (1.5)
{displaystyle c_{r}=Nmathbb {N} _{A}V)-(1.5)}мұндағы NA — Авагадро саны немесе тұрақтысы, V — суспензия көлемі. Соңғы (1.5) теңдеуін (1.4) теңдеуіне қойсақ, былай болады:
I=kI0 (1.6)
{displaystyle I=kI_{0}-(1.6)}ννi λ тұрақты шамалармен (1.6) теңдеуі мына түрге келеді:
I=k′I0Cr ;II0=k′c (1.7)
{displaystyle I=k^{prime }I_{0}C_{r};II_{0}=k^{prime }c-(1.7)}Бұл теңдеу шашыраған және түскен жарық интенсивтіктері қатынасының жүзгінді бөлшек концентрациясына пропорционал екенін көрсетеді. ІІо-сг координатындағы реттеуші сызба түзу сызықты болады. Егерlg(II0)=Akom {displaystyle lg {frac {I}{I_{0}}}=A_{kom}} деп белгілесек, онда
Akom=-lgcr-lgk′(1.8)
{displaystyle A_{kom}=-lgc_{r}-lgk^{prime }-(1.8)}мұндағы Акөм — 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: {displaystyle {frac {I}{I_{0}}}=k_{a}C-(1.9)} (II0)=kaC (1.9)
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.(2)
Фототурбидиметрия жєне нефелометрия әдістерінде анықталатын элементті нашар еритін ќосылысќа айналдырады және бұл қосылыс түзілу кезінде тұрақты дисперсиялық жүйе түзуі керек.(1)
Дисперсті, гетерогенді жүйе арќылы жарық өткізсе, жарықтың бір бөлігі сің-ді бір бөлігі шашырайды сондықтан интенсивтік кемиді.

J0 — түскен
Jc — сіңірілген
Jм — шашыраѓан
J — өткен жарық интенсивтілігі
Турбидиметрия — өткен жарықтың интенсивтілігін өлшеге негізделген. Егер шашыраған жарықты шартты түрде сіңірілетін жарық деп қарасақ, онда Бугер-Ламберт-Бер заңына ұқсас қатынас алуға болады.(2)
D = lgI0I = t*l = k*l*c
D — ерітіндінің оптикалық тығыздығы;
t — лайлылық коэффициенті;
l — қабат қалыңдығы;
c — концентрация;
k — эмпирикалық коэффициент;
Нефелометрия — шашырағанжарықинтенсивтілігінөлшеуг енегізделген. Бөлшектердіңжарықтышашыратунемесеша ғылыстыруқабілетіолардыңмөлшерінежә нетүскенжарықтыңтолқынұзындығынатәу елді.
Егербөлшектердіңмөлшері 0,1 λүлкенболса, онда Релей заңынанауытқубайқалады. Егербөлшектердіңмөлшерінжәнеконцент рациясынанықтауқажетболса, ондаIшбірақбұрышпенөлшегенжеткілікт і. Онда Релей теңдеуібылайболады:
Iш = I0kcV
График Iш — с аралығындасалынады.
Фототурбидиметрия мен нефлометрияәдістеріжүзгіндердің, суспензиялардыңанализінжүргізугеқол данылады.(4)
Шашырағанжарықтыңинтенсивтілігінар найынефелометрлер (НФМ) өлшейді.(3)
Өткенжарықтыңинтенсивтілігінөлшеуг ефотоколориметрлердіқолдану да тиімді.

Турбидиметрия — өткен жарықтың қарқындылығын өлшеуге негізделген әдіс. Ламберт-Бугер-Бэр заңына сәйкес:

Стандарттыжәнезерттейтінерітінділер үшін:

Бөлшектердіңкөлемдеріөзаратеңболса u1= u2, онда
18
Сур. 6. Турбидиметр (фотоэлектроколориметр) схемасы.
1 — жарықкөзі; 2 — айналар; 3 — кюветалар; 4 — призмалар.
Демек, ерітінділердіңоптикалықтығыздықтары нөлшейотырып, белгісізерітіндініңсандықконцентрац иясынанықтауғаболады.(2)

1.2 Турбидиметрия. Жұмыстың орындалуы
Турбидиметрлік талдауды орындаған кезде дұрыс, әрі қайталанымды нәтиже aлy үшін негізгі шарт болып табылатын кейбір жағдайларды сақтау керек. Көбінесе аса сұйытылған ерітінділерді пайдаланатындықтан, ондағы алынатын тұнба түйірлері (жүзгіндері) барынша нашар еруі қажет, яғни еру көбейткішінің мәні ескерілмейтіндей болу керек. Дұрыс нәтиже алу бөлшек өлшеміне тэуелді, сондықтан да ұсақ та ұнтақты бөлшектерді алуға арнап жасаған әдістеме ретін толық сақтау қажет. Бөлшектердің өлшемі мен жүзгіннің оптикалық касиетіне мына факторлар әсер етеді: тұнба түзетін иондардың концентрациясы; араласатын реагент концентрациялары арасындағы қатынас; ерітінділерді араластыру реті; араластыру жылдамдығы, температура және араластыру; жақсы лайлықты алуға қажетті мерзім; дисперсиялық жүйенің тұрақтылығы; бегде электролиттер мен электролит еместердін қатынасуы; қорғаушы коллоидтардын болуы. Бұл факторларды жан-жақты зерттеп білу, затты нефелометрлік және турбидиметрлік талдауға дайындық жумысын тиянақты жүргізуді қажет етеді. Жүзгіндер ұзақ уақытқа тұрақты болу үшін кейде қорғаушы коллоидты қосады. Осы шектеулердін бәрі әдістердің қателігін арттырады, олар спектрофотометрлік әдістерге қарағанда аса дәл емес, мұны анали- тикалық практикада фотометрия нәтиже бергенде пайдаланады. Мысалы, сульфаттар да, хлоридтер де, сондай-ақ кейбір иондар да боялған қосылыстар түзбейді, сондықтан да оларды нефелометрлік немесе турбидиметрлік әдіспен анықтаған жөн. Турбидиметрлік титрлеу әдісі кеңірек қолданылады.(5)

1.3 Турбидиметрияның аспаптары.Турбидиметриялық титрлеу

Турбидиметрлік өлшеу үшін кез келген фотометрді немесе спектрометрді пайдалануға болады. Егер еріткіш және шашырататын бөлшек түссіз болса, онда көгілдір немесе әсірекүлгінге жақын аймақтағы сәуле шығаруды пайдаланғанда, жоғаргы сезімталдылыққа қол жетеді. Ал бояулы жүйелерге арналған тиімді толқын ұзындығын тәжірибе кезінде тауып алған дұрыс. Ерекше құрылымдағы турбидиметр 1-суретте келтірілген. Бұл екі жарық аспабының жұмыс принципі түскен және шашыраған сәуле шығарудың салыстырмалы поляризациялану дәрежесін өлшеуге негізделген. Суспензияны жазық поляризацияланған жарықпен жарықтандырғанда, одан өткен жарық ағыны поляризацияланады. Оның деполяризациялану дәрежесі бөлшек концентрациясына пропорционал. Жарық сәулесі алдымен поляризатор, содан кейін сынама арқылы өтіп, жартылай күмістелген айна көмегімен екі ағынға бөлінеді. Бір өсі біріншіге параллель екінші поляризатордан өтеді, ал екіншісі сәуле өсі біріншіге перпендикуляр болатын үшіншіден өтеді. Фотоэлементке 1 жеткен сигнал шашырау есебінен азаяды, ал фотоэлементке 2 жеткен сигнал артады. Суспензиядағы бөлшектерконцентрациясына тура пропорционалекісигналдыңқатынасы да электрондыжүйекөмегіменавтоматтытүр деанықталады. Аспаперіткіш пен бөлшекбояуын, сондай-ақшамжарығыныңагынөзгерісі мен ауытқуынесепкеалмайды. Мұндайприборларменқұрамындаоптикалы қактивтіқосылыстары бар ерітінділердің, суспензияның, эмульсияныңшашырауынөлшеугеболмайды .(3)
Нефелометрияға арналған аспаптардың конструкциясы флуоресценттік аспаптарға ұқсас, сондықтан кез келген фотометрді нефелометрлік өлшем үшін колдануға болады. Шашыраған кезде толқын ұзындығы өзгермейтіндіктен, екінші монохроматор немесе жарықтұтқыш қажетсіз болып қалады. Олардың приборда болуы түсетін жарық толқынының ұзындығына қисындастырып, реттеуді қажет етеді. Көптеген флуориметрлер мен спектрофлуориметрлер нефелометрге арналған қосымша жабдықтармен қамтамасыз етілген. Жіңішке сәуле беретін жарық көзі ретінде шамалы бұрышпен (небәрі 2°) жарық шашыратуды өлшеуге арналған гелий-неонды лазері бар нефелометрия түрі жасалған. Ал детектор осындай шамалы бүрышпен шашырауды өлшеуді қамтамасыз етеді. Лазерді пайдалану көлемі өте кіші талшықтарды қолданып, көлемі кішігірім сынаманы (2-105 мл) өлшеуте мүмкіндік береді. Олигомерлер мен жоғары молекулалық полимерлер жарық шашырауын өлшейтін фотометрлер де бар. Бұлар бірнеше сипат- тағы өлшемді анықтайды. Олардың көмегімен әр түрлі бұрышпен өлшеп, ондағы поляризатор арқылы бөлшек түрі туралы да хабар алуға болады (2-сурет).(2)
Натрий хлоридін күміс нитратының ерітіндісімен титрлегенде, соңғы титрлеу нүктесін турбидиметрлік бақылау арқылы бірінші тапқан Гей-Люссак (1832). Мұндай титрлеуді көзбен байқау арқылы немесе абсорбциялық фотометрменорындауға болады. Егер абсцисса өсіне шашыраудың лайлығын немесе интенсивтігін, ал ордината өсіне қосылатын титрант көлемін салса, онда титрлеу қисығы өзара қиылысатын екі сызықтан тұрады, өйткені тұнба (оған орайлас лайлық) жоғарғы мәнге дейін өсіп, сосын тұрақты қалуы керек. Егер бөлшек саны эквиваленттік нүктеге дейін сызықты … жалғасы