НЕФЕЛОМЕТРИЯ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
НЕФЕЛОМЕТРИЯ
(от греческого nephe-los—туман), метод анализа, измеряющий по степени мутности раствора (коллоидальной взвеси) концентрацию вещества, обусловливающего мутность. Измерение мутности принципиально может производиться двояким образом: во-первых можно измерять
т*
поглощение света при его прохождении через мутную жидкость, подобно тому как при
колориметрии
(см.) это производится с окрашенным раствором; такого рода измерение можно бы назвать измерением «непрозрачности» мутной жидкости; во-вторых можно измерять интенсивность света, рассеиваемого или отражаемого взвешенными частицами; в коллоидном растворе мы имели бы измерение так назыв. тиндалевского света (см.
Тиндаля феномен).
Методы, основанные на первом принципе, очень неточны и имеют значение для грубых определений; при этом обычно устанавливается разведение или толщина слоя жидкости, при которых еще улавливается или исчезает какое-либо изображение (например печатный шрифт или рисунок линий) при рассматривании его через мутную жидкость. Впервые этим принципом пользовался Стае (Stas) в 1894 г.; в качестве примера может служить определение содержания жира в молоке
лактоскопом
(см.) Фезера (Feser). Для точных определений нашел применение лишь второй принцип—измерение (точнее сравнение) яркости света, рассеиваемого частицами мутной жидкости в направлении, перпендикулярном к направлению падающего от источника света лучу. Применение этого принципа для количественных целей требует предпосылки, что между интенсивностью рассеиваемого мутью света и количеством мутных частиц, т. е. концентрацией обусловливающего помутнение вещества, существует определенная зависимость. Абсолютная яркость рассеиваемого мутной жидкостью света зависит от ряда моментов: от числа частиц, величины их, длины волны падающего света, показателя преломления жидкости и взвешенных частиц. Эта зависимость выражена Релеем (Rayleigh) следующей формулой: J==
7>~- – к,
где J—яркость Тиндалевского света,
п
—число частиц,
v—
объем отдельной частицы,
у
—длина волны света,
к
—постоянная. Подставляя в это выражение концентрацию вещества
c=n. v.s,
где
s
—удельный вес вещества, получаем другое выражение: J=-^-fc, выражающее зависимость между концентрацией обусловливающего муть вещества и яркостью рассеиваемого света. Однако это выражение применимо лишь для идеального случай, на практике же на яркость рассеиваемого света влияют явления поглощения и отражения света окружающими частицами; полный математический анализ таких условий весьма сложен и не может еще считаться законченным. Для практических целей это обстоятельство имеет второстепенное значение, так как измеряется не абсолютная яркость, а сравнивается яркость света, рассеиваемого двумя растворами: испытуемым и стандартным; все переменные т. о. отпадают, и важно только, чтобы в пределах применяемых для измерения концентраций сохраняло свою силу правило Бера, т. е. чтобы количество света, исходящее от освещенного столба жидкости, было прямо пропорционально высоте этого столба. Математический анализ (Lednicky), подтверждае – мый и практикой, показывает, что это условие может быть соблюдено, еели концентрации сравниваемых жидкостей находятся между собой в отношении, не выходящем за пределы 1:4. В наиболее простой форме сравнение мут-ностей можно производить просто в пробйр*-ках, причем мутность испытуемого раствора сравнивается с серией разведений стандартного раствора искомого вещества. Т. о. удается получить лишь очень грубые результаты, так как сравнение затрудняется рядом привходящих причин, из которых главная заключается в том, что интенсивность рассеиваемого мутной жидкостью света (яркость мути) сильно меняется в зависимости от того, под каким утлом луч ярения наблюдателя находится к падающему на мутную жидкость лучу света. Действительно точные результаты можно получить только при помощи специальных приборов—н е ф е л о-метров. Впервые Н. была применена для точных аналитических целей Ричардсом (Richards) в 1894 году, построившим первый нефелометр. Устройство этого прибора было значительно усовершенствовано в 1914 году Кобером (Kober) и в 1919 году Клейнманом (Kleinmann). С этого времени начинается быстрое развитие нефелометрической методики. Простейшим приспособлением для Н. может служить зачерненный внутри ящик с боковой горизонтальной щелью и отверстиями сверху, в к-рые вставляются пробирки с испытуемой и стандартной жидкостью. Свет падает в него сбоку через щель, пробирки рас
сматриваются сверху, перпендикулярно к направлению освещающего их луча света. В первом нефелометре Ричардса пробирки с мутной жидкостью могли частично закрываться непрозрачным футляром, так что освещению подвергался произвольной высоты столб жидкости; из соотношения этих высот в стандартной и испытуемой жидкости при одинаков, яркости можно судить о концентрации вещества в испытуемом растворе. В современных колориметрах прежде всего устраняется вредное влияние верхнего мениска путем погружения полых или массивных цилиндров из оптического стекла со строго горизонтальной нижней поверхностью. В новейшем универсальном колориметре-нефелометре фирмы Лейца (Leitz) отраженный мутными частичками свет идет в обратном обычному направлении, именно—вниз, через плоское дно сосуда, и дальше через отражающую призму в глаз наблюдателя. На рисунке 1 представлен схематически ход лучей в нефелометре Клейнмана, общий вид которого представлен на рисунке 2, а детали устройства на рис. 3. Изменение толщины освещаемого слоя мутной жидкости достигается в большинстве нефелометров изменением ширины
tc
Рисунок 1.
see-
щели (окна), через которую падает свет; лучи последнего должны быть по возможности параллельны, что достигается или достаточным удалением источника света от прибора (Клейнман) или же устройством специального осветительного приспособления [Хеллиге (рисунок 4), Кобер, Лейц]. Иногда вместо изменения ширины щели изменяется положение сосуда, содержащего жидкость, например в модели Кобера. В приборе этого автора передвижение совершается не при помощи зубчатки и кремальеры, как обычно, а посредством гидравлического приспособления, обеспечивающего особенно точную установку. Для замены стандартных растворов предложены постоянные стандарты, в которых свет рассеивается мутными стенками пробирки (они покрываются слоем колло –
Рисунок 2.
дия с суспендированным в нем мелким порошком, например тальком или сернокислым барием, или просто выстилаются тонкой бумагой) и отражается от насыпанного на дно пробирки порошка того или иного оттенка или рассеивается призмами различной степени мутности. Такой стандарт предварительно точно калибрируется по растворам с определенным содержанием искомого вещества. Для того чтобы Н. давала действительно точные результаты, необходимо соблюдать ряд условий. Прежде всего сюда относится чистота сосудов, на которых не должно оставаться следов пальцев или пылинок; растворы не должны содержать никаких взвешенных частиц кроме частиц искомого вещества; большие ошибки могут вызвать попадающие при фильтровании растворов и реактивов волокна фильтровальной бумаги; необходимо точно убеждаться в равномерности освещения обеих пробирок, для чего помещают
Ряс. 3.
в оба сосуда одну и ту же мутную жидкость и убеждаются, что при одинаковой ширине-щели на обеих сторонах яркость двух полей зрения в приборе одинакова. Если это не* имеет места, то передвигают источник света, пока это не будет достигнуто. При перемене сравниваемых растворов местами соотношение ширины щелей при одинаковой яркости должно оставаться постоянным. Отношение концеш> рации сравниваемых растворов не должно
Рисунок 4.
выходить за пределы 1:4; наилучшие же результаты Н. получаются при близких по концентрации растворах. Размеры частиц в сравниваемых жидкостях должны быть одинаковы, и взвесь этих частиц должна быть достаточно стойкой, по крайней мере на протяжении времени исследования, так как при коагуляции наступают резкие изменения яркости рассеиваемого мутной жидкостью света. Для повышения стойкости, особенно при работе с неорганическими веществами, иногда приходится прибавлять защитные коллоиды. Для Н. пригодны только взвеси, которые для невооруженного глаза представляются совершенно гомогенными; взвеси более грубых частиц не могут быть нефелометрируемы. Н. должна производиться в темной комнате, причем необходимо предварительно дать глазу адаптироваться к темноте в течение 5—10 минут. Делают обязательно ряд отсчетов и берут среднее. При соблюдении всех указанных условий Н. может давать точные результаты, вполне достаточные для всякого рода биол. исследований и часто лишь немногим уступающие лучшим обычным аналитическим методам {в среднем ошибка не превышает 0,5% и может быть снижена до 0,3%). Преимущества Н. заключаются в ее чрезвычайной чувствительности, позволяющей анализировать ничтожно малые количества вещества. Обычно дело идет о количествах порядка нескольких мг в 1 л, а в отдельных случаях даже о сотых. долях лег в 1 л (например нефелометрическое определение ацетона). При этом сконструированные в наст, время микромодели нефелометров позволяют обходиться для анализа всего 1,5—3 см3 жидкости. Быстрота нефело-метрических определений делает их особенно ценными для серийных опытов, когда имеется необходимость произвести ряд определений на протяжении очень ограниченного времени. За сравнительно очень непродолжительное время своего существования Н. нашла чрезвычайно широкое применение и распространение в самых разнообразных областях. Лишь в качестве примеров можно указать, что ею пользуются для определения отравляющих веществ (горчичный газ), мышьяка, хинина в крови и моче, альбуминов и глобулинов в сыворотке, фосфорной к-ты, жиров и липоидов, сульфатов, хлоридов, кальция, жесткости воды, для изучения действия ферментов: амилазы, липазы, пепсина, трипсина и мн. др. Лит.: Клейнмаи Г., Измерение мутностей как методика микроанализа, Ж. эксп. биол. и мед., т. XІІ, №. 33, 1929; Eleinmann H., Uber ein neues Ne-phelometer u. die Prinzipien nephelometrischer Messun-.gen, Kolloid-Ztschr., B. XXVII, p. 236—241, 1920; Lednicky A., Allgemeine Nephelometrle, ibid., B. XXXІІ, p. 12—17, 1923; Muntner S., Ubcr Bakterienzahlung u. – grossenmessung in Aufschwem-mungen (insbesondere vaccinen) mittels des Kleinmann-schen Nephelometer, Ztschr. f. Hyg., B. CV, 1926; Yoe J., Photometric chemical analysis, v. II—Ne-phelometry, N. Y., 1929 (лит.).& В. Энгельгардт.