Определение размеров частиц дисперсных систем турбидиметрическим методом

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

[pic 1]

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования  

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физической химии

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №26

«Определение размеров частиц дисперсных систем турбидиметрическим методом»

Цель работы:

Экспериментальное определение размеров частиц высокодисперсных систем.

Сущность работы:

Уравнение Рэлея может быть использовано для определения размеров частиц формы, близкой к сферической, если их радиус R не превышает 0,1λ длины волны падающего света. Уравнение Рэлея определяет интенсивность рассеянного света от размера частиц, угла рассеяния и длины волны падающего света:

        [pic 2]                                                (1)

где I0 – интенсивность падающего света, IR – интенсивность рассеянного света, F – функция показателей преломления дисперсной и дисперсионной среды, равная

         [pic 3]                             

где n1, n0 – показатели преломления дисперсной и дисперсионных фаз соответственно, ν - концентрация частиц в единице объема, V – объем частицы, λ - длина волны падающего света, R – расстояние частицы от источника света (оптический путь), Θ - угол рассеяния.

        Из уравнения Рэлея радиус частицы равен:

        [pic 4]                                                        (2)

где с – концентрация взвешенных частиц, τ - мутность системы, определяемая из уравнения (1), как Is/I0.

        Необходимым условием использования уравнений (1) и (2) для дисперсных систем является отсутствие поглощения света, а также минимум вторичного светорассеяния. Поэтому уравнение Рэлея применимо только для «белых» золей, т.е., не поглощающих свет дисперсных систем при очень низких концентрациях дисперсной фазы.

        Для дисперсных сред, неудовлетворяющих уравнению Рэлея используют турбидиметрические измерения. Турбидиметрические методы основаны на измерении интенсивности проходящего через дисперсную среду света. Рассеянный свет можно считать фиктивно поглощенным, и поэтому для проходящего света можно принять закон Бугера–Ламберта–Бера для определения кажущейся оптической плотности. Для дисперсных сред закон Бугера–Ламберта–Бера связывает мутность среды с кажущейся оптической плотности:

        [pic 5]                                                        (3)

Мутность τ = Is/I0 , а отсюда и оптическая плотность D в соответствии с уравнениями (1) и (2) пропорциональна концентрации и квадрату объема частиц. Это позволяет определять размеры частиц и их концентрацию по кажущейся оптической плотности системы с помощью турбидиметрических измерений.

        При увеличении размеров частиц закон Рэлея не выполняется, и интенсивность рассеянного света становится обратно пропорциональной длине волны в степени меньше, чем четвертая. В общем случае для поглощающих золей степень при длине волны становится дробной, что делает невозможным использование уравнения Рэлея.  Если размер (диаметр) взвешенных частиц составляет от 1/10 до 1/3 длины световой волны и показатели преломления частиц и среды не сильно различаются, то в случае турбидиметрических измерений можно пользоваться эмпирическим уравнением Геллера: