sprawozdanie - biofizyka - 68.docx

SPRAWOZDANIE

Wyznaczanie stężenia roztworów koloidalnych metodą nefelometryczną.(16.11.2012)

Wydział Medycyny Weterynaryjnej

Paulina Kozera, Kamil Leśniewski

Grupa V

              Rozpraszaniem światła nazywamy zjawisko oddziaływania światła z materią, którego wynikiem jest zmiana kierunku jego rozchodzenia się. Zjawisko to zachodzi w ośrodkach optycznie niejednorodnych, których współczynnik załamania zmienia się nieregularnie od punktu do punktu. Jako niejednorodności optyczne traktuje się cząstki danej substancji, składające się z wielu cząsteczek tej substancji, „wprowadzone” do innej substancji. Przykładem ośrodków optycznie niejednorodnych są ośrodki mętne, takie jak: aerozole(mgły, dymy), emulsje, roztwory koloidalne, matowe szkliwa.

Przyczyną niejednorodności optycznych ośrodka mogą być również fluktuacje gęstości powstałe w wyniku ruchów termicznych cząsteczek cieczy i gazów.

              Oddziaływanie światła z cząsteczkami substancji 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

E=E0sin⁡(ωt-kz), gdzie: k=2πλ , indukuje w cząsteczce, okresowo zmienny w czasie, moment dipolowy

p=αE

gdzie α-polaryzowalność lub p=αE0sin⁡(ωt-2πλz)

              Indukowany dipol wykonuje drgania wymuszone i staje się źródłem fali wtórnej o tej samej częstotliwości co fala padająca. Efekty makroskopowe przekazywania sygnału kolejnym dipolom elektrycznym(cząsteczkom ośrodka) i wysyłania przez nie fal wtórnych są następujące:

·         W ośrodku jednorodnym światło rozchodzi się zgodnie z kierunkiem wiązki padającej(wiązki pierwotnej),

·         W ośrodku mętnym fale wtórne rozchodzą się w różnych kierunkach, jest to światło rozproszone

Teorię rozpraszania światła w ośrodkach mętnych opracował Rayleigh. Zjawisko rozpraszania światła w ośrodku mętnym nazywa się rozpraszaniem Rayleigh’a.

              Zgodnie z opisem Rayleigh’a, jeżeli na ośrodek rozpraszający pada światło niespolaryzowane, to natężenie I światła rozproszonego pod dowolnym kątem φ do kierunku wiązki pierwotnej obserwowane w punkcie A wyraża się wzorem:

I=I08π4α2(1+cos2φ)λ4r2

Gdzie:

I0-natężenie wiązki pierwotnej                                   

α-polaryzowalność,

λ-długość fali wiązki pierwotnej(padającej),

r-odległość punktu A

              Dla zbioru cząsteczek rozpraszających, np. „zawieszonych” w roztworze wodnym, oświetlonych światłem monochromatycznym, natężenie światła rozproszonego I w danym kierunku (w danym kącie bryłowym) zależy od parametrów charakteryzujących cząstki rozpraszające. Po przekształceniu powyższego wzoru można zapisać ,że :

I=I0Knv2λ4

Gdzie:

n-liczba cząstek rozpraszających w jednostce objętości,

V-objętość cząstki rozpraszającej,

λ-długość fali światła,

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

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

Ip=I0eτl

Gdzie:

Ip-natężenie światła przechodzącego,

l-długość drogi wiązki w ośrodku mętnym,

τ-współczynnik zmętnienia, zwany też mętnością ośrodka.

              Z przedstawionych wyżej zależności wynika, że aby zbadać ilościowo zjawisko rozpraszania można zmierzyć natężenie światła rozproszonego I – metoda nefelometryczna, bądź mierzyć natężenie światła przechodzącego  Ip- jest to metoda turbidymetryczna.

              Stosując metodę turbidymetryczną mierzy się zazwyczaj turbidancję AT -wielkość analogiczną do absorbancji.

AT=lgI0Ip

              Pomiar natężenia światła rozproszonego wykorzystuje się w nefelometrii do badania właściwości fizykochemicznych ośrodków mętnych, między innymi roztworów koloidalnych. Natężenie światła rozproszonego zależy od liczby cząstek rozpraszających i od ich wielkości. Pomiary nefelometryczne mogą więc służyć do wyznaczania stężenia substancji rozpraszającej światło w roztworze oraz do określenia rozmiarów cząsteczek rozpraszających.

              Roztwory koloidalne (koloidy) stanowią układy, w których cząstki substancji rozproszonej charakteryzują się rozmiarami od 1 do 500 nm. Cząstki o takich rozmiarach odpowiadają tzw. rozdrobnieniu koloidalnemu. Roztwory koloidalne są układami dwufazowymi, składają się z ośrodka rozpraszającego substancji rozproszonej.
Zależnie od fazy rozpraszającej noszą one nazwę hydrozoli (faza rozpraszająca - woda) i alkozoli (faza rozpraszająca - alkohol) itp. Największe znaczenie maja hydrozole.

              Do porównywania natężeń światła rozproszonego służy nefelometr. Jako nefelometr może być użyty spektrofotmetr z przystawką nefelometryczną.