Задание 1. Определение концентрации золя канифоли
Определение основано на использовании оптических свойств коллоидных систем — интенсивности светорассеяния в зависимости от размера частиц дисперсной фазы:
I = Io k nV 2 λ -4
где I — интенсивность рассеянного во всех направлениях света; Io — интенсивность падающего света; k — коэффициент пропорциональности; п — число частиц в единице объема (частичная концентрация); V — объем частицы (для шара V = 4/3 r3); λ — длина волны падающего на раствор света.
Сопоставление значений I для золей, отличающихся только по концентрации и степени дисперсности, позволяет определить одну из этих величин, если известна другая для стандартного раствора. Измерения проводят на нефелометрах. При этом два одинаковых стеклянных сосуда освещаются снизу пучком параллельных лучей, отражаемых зеркалом. Свет, проходя через коллоидный раствор, рассеивается и попадает в оптическую систему, а затем в окуляр. Поле зрения в окуляре разделено вертикальной линией на два полукруга. Если пучки лучей, падающие в стандартный и исследуемый золь, будут рассеяны одинаковым числом частиц, то освещенность полукругов окажется одинаковой: I 1 = I 2 .
В случае, если высота h 1 освещенного столба раствора больше для исследуемого золя с меньшей концентрацией C1 или с меньшим объемом частиц V 1 и, наоборот, высота h 2 меньше для золя стандартного с более высокой концентрацией С2 или с более значительным размером частиц V 2 ; зависимость между этими величинами обратнопропорциональная:
h 1 / h 2 = C 2 / C 1
Тогда:
С1 = С2 h 2 / h 1
а также
h 1 / h 2 = V 2 / V 1
Следовательно
V 1 = h 2 V 2 / h 1
Высоты h 1 и h 2 регулируются для выравнивания I 1= = I 2 при помощи стеклянных стержней.
Ход определения. Для опыта берут 2%-ный раствор канифоли в этиловом спирте и 5 мл его медленно выливают из пипетки по каплям в 100 мл дистиллированной воды при энергичном помешивании до образования прозрачного опалесцирующего раствора. Концентрацию золя С2 вычисляют по количеству добавленного исходного раствора к определенному объему воды. В данном примере концентрация составляет 0,05%.
Часть стандартного золя разбавляют в 2, 4 и 8 раз. До начала измерений устанавливают прибор, наполнив, оба сосуда одним и тем же раствором, включают освещение и перемещением сосудов уравнивают I 1 и I 2, добиваясь равномерной яркости в поле зрения. Затем меняют сосуды местами. Если освещенность обоих полукругов в поле зрения не меняется, то прибор установлен правильно.
Для измерения один из сосудов наполняют стандартным раствором С2, Другой — исследуемым раствором с концентрацией Сх и передвигают с помощью кремальеры до одинаковой освещенности полукругов в окуляре, отмечая высоты h и hx . Концентрацию золя C 1 вычисляют по формуле (6).