Turbidimetria

1.Informatii generale

Turbidimetria este tehnica nefelometrică în care unghiul de observaţie este zero – adică măsurarea se face în lumina transmisă. Pentru aceste determinări pot fi folosite tot spectrofotometrele din domeniul vizibil(VIS) dar sunt preferate instrumente specializate denumite turbidimetre. Până nu demult, se utilizau ca surse luminoase lămpi cu filament din W, dar acestea consumă o cantitate mare de energie. În locul acestora, la aparatele de astăzi, se folosesc fotodiodele, care au o durată de viaţă mai mare, consum mai redus de energie şi sunt mai stabile. Unele aparate mai utilizează, de asemenea, tuburi bazate pe descărcări în gaze, cu xenon.

Ultimele două surse de lumină pot fi şi intermitente (prin utilizarea unui chopper),reducând şi mai mult energia folosind în circuitul de prelucrare a semnalului un curent alternativ, care permite o mărire a stabilităţii electronice. Frecvenţa pulsaţiilor este în domeniul a 5-10Hz. Fereastra optică, se poate murdări dar acest lucru se poate compensa prin măsurarea periodică a absorbţiei în două lungimi de undă în apă pură, anulând variaţia. Unele instrumente includ sisteme de curăţire automată fie ultrasonice, fie mecanice - utilizând un piston. Există modele de aparate care combină sistemul de difuzie laterală (90°) cu transmiterea directă a luminii. Aceste instrumente permit să se facă o distincţie între lumina pierdută - datorită materialelor dizolvate în apă (dând o tentă colorată apei) - şi particulele în suspensie. Ambele categorii de materiale contribuie la atenuarea intensităţii razei incidente, dar numai particulele în suspensie provoacă difuzia luminii.

Lungimile de undă ale luminii utilizate în practică se întind de la domeniul vizibil la infraroşu şi ultraviolet (de exemplu, pentru măsurarea clorofilei sunt utilizate radiaţiile UV).Domeniul infraroşu (IR) are avantajul că lungimile de undă mari nu penetrează mult sub suprafaţa apei (fiind absorbite) ceea ce conduce la reducerea interferenţei cu lumina naturală.Transmisia IR este adecvată pentru distanţe reduse utilizate în instrumente pentru a măsura difuzia laterală sau retrodifuzia pe o distanţă de câţiva centimetri. Filtrând lumina, astfel încât să sesizeze doar lungimile de undă necesare, se reduce în continuare efectul de interferenţă care apare în lumina naturală. În adâncul apei, lumina de la suprafaţă penetrează puţin astfel că se reduc influenţele datorate luminii naturale.

În domeniul concentraţiilor mici mărimea măsurată este analogă absorbanţei dar se numeşte turbiditate şi se notează cu S (analog cu înnegrirea):

Se observă că legea este analogă cu legea Lambert-Beer dar k este o constantă empirică,l-lungimea parcursului prin stratul absorbant, iar c - concentraţia. Înegrirea, S, este de asemenea proporţională cu concentraţia, c. Metoda de lucru constă tot în trasarea unei curbe de etalonare cu ajutorul unor soluţii cu concentraţii (turbidităţi) cunoscute.Dimensiunile particulelor nu au în analiza turbidimetrică o importanţă decisivă, ca în nefelometrie. Dacă diametrul particulelor depăşeşte valoarea 0.1•λ nu mai este însă respectată

liniaritatea. Reproductibilitatea metodelor turbidimetrice este de ±5%. Cu toate acestea,uneori este o metodă indispensabilă mai ales în analiza apelor unde particulele în suspensie se determină pe această cale.

Metoda turbidimetrică, în afară de varianta directă, amintită anterior, se mai poate aplica şi în alte două variante. Una dintre acestea poartă denumirea de cinetică turbidimetrică.În această variantă, se determină viteza reacţiei, notată dx/dt unde cu x s-a notat concentraţia produsului reacţiei de precipitare. Pentru momentul iniţial se poate scrie ( este constanta de viteză iar cu [c]0 s-a notat concentraţia iniţială a ionului de analizat iar cu [R]0 concentraţia iniţială a reactivului de precipitare):

De regulă, în această variantă se măsoară viteza reacţiei în momentul iniţial, când concentraţia x este joasă, până în momentul atingerii unei variaţii de concentraţii fixate Δx. În aceste condiţii se poate scrie relaţia aproximativă:

Măsurându-se de fiecare dată timpul şi absorbanţa, până la atingerea unei valori fixate a acesteia, intervalul de timp Δt va fi proporţional cu Δx, deci şi cu concentraţia ionului precipitat [c]0. Lucrându-se pe soluţii cunoscute, se construieşte mai întâi o curbă etalon Δt =f(c). Măsurând şi în cazul probei necunoscute intervalul de timp Δt, până la atingerea aceleiaşi turbidităţi (sau aceleiaşi absorbanţe, în cazul utilizării unui spectrofotometru), în condiţii absolut identice, se poate evalua din curba de etalonare proba necunoscută.

O a doua variantă foarte mult aplicată este titrarea turbidimetrică. În această metodă se măsoară turbiditatea, S, în timpul adăugării cu viteză constantă a soluţiei conţinând reactivul de precipitare, într-un volum V. Se reprezintă grafic curba S = f(V). Graficul are o formă apropiată de cele reprezentate în fig. 2. Din discontinuitatea observată se determină volumul de echivalenţă, care permite calculul pe baza celor arătate la metoda volumetrică.Graficul arată diferit pentru că uneori excesul de reactiv provoacă dizolvarea precipitatului format iniţial iar alteori se micşorează solubilitatea pe baza efectului ionului comun asupra

solubilităţii.