Kamil Dobrzyń

Biotechnologia I gr. 1 para 3

Ćw.: Pomiar stężenia roztworów koloidalnych metodą nefelometryczną.

Oddziaływanie światła z materią, którego wynikiem jest jego rozchodzenie się nazywamy rozpraszaniem światła. Rozpraszanie zachodzi w ośrodkach optycznie niejednorodnych, których współczynnik załamania zmienia się nieregularnie od punktu do punktu.

Niejednorodności optyczne to cząstki danej substancji, składające się z wielu cząsteczek tej substancji „wprowadzone” do innej subst. Przykładem niejednorodności optycznej są ośrodki mętne (aerozole, emulsje, koloidy). Przyczyną niejednorodności mogą być także fluktuacje gęstości spowodowane ruchami termicznymi cieczy i gazów.

Oddziaływanie światła z substancją można rozpatrywać jako oddziaływanie fali elektromagnetycznej z dipolami elektrycznymi. Cząsteczkę można rozpatrywać jako dipol elektryczny. Ładunek ujemny to ładunek elektronów walencyjnych, natomiast nośnikiem ładunku dodatniego są zręby atomowe cząsteczki. Składowa elektryczna fali świetlnej o wektorze elektrycznym:

; gdzie
indukuje w cząsteczce, okresowo zmienny w czasie, moment dipolowy

;
polaryzowalność, lub

Indukowany dipol wykonuje drgania wymuszone i staje się źródłem fali wtórnej o tej samej częstotliwości co fala padająca.

Zjawisko rozpraszania światła w ośrodku mętnym nazywa się rozpraszaniem Rayleigh'a.

Jeżeli na ośrodek rozpraszający pada światło niespolaryzowane, to natężenie I światła rozproszonego pod dowolnym kątem
do kierunku wiązki pierwotnej obserwowane w punkcie A wyraża się wzorem:

; gdzie:

I₀- natężenie wiązki pierwotnej,

- polaryzowalność

- długość fali wiązki padającej

r- odległość od pkt A

Natężenie światła rozpraszanego przez ośrodki mętne zależy zarówno od parametrów fali padającej, kierunku obserwacji jak i od właściwości cząstek rozpraszających.

Po przekształceniu powyższego wzoru:

n- liczba cząsteczek rozpraszających w jednostce objętości

V- objętość cząstki rozpraszającej

K- współczynnik zależny od kierunku obserwacji i odległości od wiązki przechodzącej oraz od właściwości ośrodka.

Jeżeli równoległą wiązkę przepuścimy przez roztwór mętny, to wiązka ta ulega na swej drodze osłabieniu w wyniku rozpraszania. Spadek natężenia światła przechodzącego opisuje wzór:

; gdzie:

I_p- natężenie światła przechodzącego

l- długość wiązki w ośrodku mętnym

- współczynnik zmętnienia (mętność ośrodka)

Współczynnik zmętnienia jest wielkością charakterystyczną dla danego ośrodka mętnego. Jego wartość liczbowa określa stopień osłabienia wiązki w wyniku rozpraszania.

Aby zbadać ilościowo zjawisko rozpraszania trzeba zmierzyć liczbowo natężenie światła rozproszonego (metoda nefelometryczna), lub natężenie światła przechodzącego (metoda turbidymetryczna).

W metodzie turbidymetrycznej mierzymy zazwyczaj turbidancję- wielkość analogiczną do absorbancji:

I_p- światło przechodzące

Po przekształceniu równania na spadek natężenia światła przechodzącego otrzymujemy:

Pomiar turbidancji pozwala wyznaczyć
.

W nefelometrii zaś wykorzystuje się pomiar natężenia światła rozproszonego.

, stąd:

I=Bc; gdzie:

Z powyższego wynika, że natężenie światła rozproszonego jest proporcjonalne do stężenia roztworu. Aby uniknąć konieczności wyznaczania B wykonuje się pomiary natężenia dla kilku roztworów o znanym stężeniu, po czym wykreśla się krzywą wzorową I=f(c) .

Względne natężenie światła rozproszonego można w spektrofotometrze odczytać ze skali transmisji. Transmitancja T równa się wartości liczbowej względengo natężenia światła rozproszonego I_w

Pomiar:

Lp.	C [mol/l]	Iw (ilość działek)