Теоретические основы нефелометрического метода, Рассеяние света. Определение светорассеивания - Прибор контроля мутности сточных вод. Нефелометр

Рассеяние света. Определение светорассеивания

Если пoмeстить мутный раствор в кювету фотометрического прибора, то световой поток, прoхoдя через кювету, будет поглощаться (если раствор окрашен), частично прoхoдить через кювету, не изменяя направления (трансмиссия), чaстичнo рассеиваться, изменяя свое направление, отклоняясь под различными углами (рассеивание). Трансмиссия и рассеяние света зависит от длины волны светового потока, его частоты, интенсивности, а также от свойства рассеивающей среды: размера частиц, их формы, количества, способности к поляризации и др. Если в процессе измерения размер частиц в растворе будет меняться (например, в результате взаимодействия антиген-антитело), то будет соответственно меняться поток проходящего и интенсивность рассеянного света.

Характер (тип) рассеивания зависит от соотношения длины волны света и диаметра частицы, на которой происходит рассеивание.

Интенсивность потока рассеиваемого небольшими частицами подчиняется уравнению Релея (уравнение V1, приложение1) , где Ir и Io соответственно интенсивность рассеянного и падающего света, n1 и n - коэффициенты преломления частиц и среды; N - общее число частиц; V - объем частиц; л - длина волны падающего света; d - расстояние до наблюдателя; в - угол, образованный падающим и рассеянным светом. В условиях нефелометрического определения ряд величин остается постоянным и уравнение (V1) переходит в V2 (Приложение1)

Множитель 1/ л4 указывает на быстрое возрастание интенсивности рассеянного света с уменьшением длины волны падающего света. Так как красный свет рассеивается меньше, чем любой другой при прочих равных условиях, различные сигнальные огни (стоп-сигналы, огни маяка и т. д.) бывают красные.

Серьезное затруднение в практике нефелометрии состоит в том, что интенсивность рассеянного света зависит от объема частиц. Большое значение в связи с этим приобретает унификация методики приготовления взвеси - строгое соблюдение концентрационных и температурных условий, порядка и скорости смешения растворов, введение защитных коллоидов и т. д. При строгом соблюдении этих условий объемы частиц суспензии получаются примерно одинаковые, и их размер вполне удовлетворительно воспроизводится от опыта к опыту.

Концентрацию можно выразить числом частиц в единице объема. Уравнение (V3) где V - объем суспензии; NA - постоянная Авогадро.

Подставляя уравнение (V.3) в (V.2) , получаем (V4)

При постоянных V, х, l уравнение (V.4) принимает вид: уравнение (V5) или (V6). ( Прило?ение 1)

Уравнение (V.6) показывает, что отношение интенсивности рассеянного света к интенсивности падающего пропорционально концентрации взвешенных частиц. Калибровочный график в координатах IН/I0 как функция С будет линеен. Тем не менее иногда можно встретить рекомендацию строить калибровочный график в координатах Dкаж - С, где DКаж - так называемая относительная или кажущаяся оптическая плотность, рассчитываемая как

DКаж=-lg(IН/I0)

Такая рекомендация дается, например, в заводских описаниях некоторых нефелометров (НФМ и др.).

Из (V.6) следует уравнение (V7) ( Приложение1) т. е. DКаж уменьшается с ростом концентрации, что вполне понятно, так как с увеличением концентрации увеличивается число рассеивающих частиц и интенсивность рассеянного света возрастает.

В соответствии с уравнением (V.7) график в координатах DКаж - lg С будет линеен в противоположность графику в координатах DКаж - С.

В основе рассеяния на малых частицах лежит явление дифракции. Рассеивание света каждой частицей не зависит друг от друга, рассеянный свет распространяется во всех направлениях, однако максимальное количество света рассеивается под углом 0 и 180 градусов к лучу, падающему на частицу (Приложение 2, рис. 1А.). При длине волны 400 нм такой тип рассеивания будет и характерен для частиц диаметром менее 40 нм. К таким частицам в плазме крови относятся многие плазменные белки, в том числе иммуноглобулины, в?липопротеиды, альбумин и т. д. При увеличении размеров частиц (для плазменных белков размер в диапазоне от ? 40 до 400 нм) рассеивание становится несимметричным и максимальное количество света рассеивается в направлении падающего луча (Приложение 2, рис.1Б). Такой тип рассеивания будет характерен при л 400 нм для IgM, хиломикронов и формирующихся комплексов антигенов с иммуноглобулинами. Когда размер частиц превышает длину волны света (в нашем примере диаметр больше 400 нм) несимметричность светорассеяния еще больше увеличивается (Приложение 2, рис. 1В). Такой тип рассеивания будет характерен для взвеси бактерий, для клеток крови (тромбоцитов, эритроцитов) и других крупных частиц. Интенсивность рассеяния света определяется средним числом рассеивающих частиц в единице.

Похожие статьи




Теоретические основы нефелометрического метода, Рассеяние света. Определение светорассеивания - Прибор контроля мутности сточных вод. Нефелометр

Предыдущая | Следующая