1. Выполните тестовые задания (40 баллов)

1. Что является основной составной частью при производстве продукта на основе технологического процесса?С) хранение, обработка, переработка 2. Какое количество сухой биомассы приходится на белки?А) 30—80% 3.Обратное титрование – это …В) ... процесс постепенного добавления раствора точно известной концентрации к исследуемому раствору. 4.Оптимальной температурой среды для получения биомассы водородных бактерий, является:E) 31—32°С. 5.Метод отдельных навесок: – это …Е) ... на аналитических весах берут 2–3 навески анализируемого вещества, каждую навеску растворяют в небольшом количестве воды и каждый полученный раствор титруют рабочим раствором 6. Какие электроды используют для прямой потенциометрии (ионометрии)?C. все ответы верны. 7.Сколько модификаций имеет кондуктометрический метод?D. два. 8.ИнтерферометрD. активность ферментных препаратов. 9. Метод, основанный на получении эмиссионных спектров анализируемого вещества на фотографической пластине.A.фотографический атомно-эмиссионный спектральный анализ. 10. Позволяет не только наблюдать спектр, но и количественно измерять относительную интенсивность спектральных линий.D. стилометр.

11. Какие процессы основаны на эффекте кавитации:А. предотвращение образования накипи,ультразвуковая очистка, звукокапиллярный эффект, диспергирование твёрдых тел в жидкостях,дегазация (деаэрирование) жидкостей,кристаллизация, интенсификация электрохимических процессов, получение аэрозолей, уничтожения микроорганизмов и стерилизация инструментов в медицине 12. На сколько групп можно подразделить излучатели ультразвука?Е. 2 13. На какие группы по характеру разделения делятся хроматографические методы анализа?А. адсорбционная хроматография,распределительная хроматография, проникающая хроматография, аффинная хроматография 14. Как влияет на вещество микропотоки, локальное нагревание среды, ионизация?Е. все ответы верны 15. Стандартное отклонение, деленное на среднее выборки, называ­ютE. относительным стандартным отклонением 16.Для чего применяются химические методы?C.для определения состава и количества входящих в продукцию веществ. 17. Реология – это...C. наука о деформации и течении различных тел. 18.На какие виды разделяются химические методы?D. количественные и качественные 19.Экспертная комиссия состоит из какихгрупп?C. рабочей и экспертной. 20. Стандартное отклонение, деленное на среднее выборки, называ­ютE. относительным стандартным отклонением

2. Электрохимические методы анализа.Классификация и их сущность. Атомная спектроскопия (20 баллов).

Физико-химические и физические методы анализа в зависимости от того, какое физическое свойство лежит в основе, разделяются на электрохимические, оптические, хроматографические, радиометрические и спектроскопические методы.

Электрохимические методы анализа основаны на процессах, происходящих на электродах или в приэлектродном пространстве. К этим методам относятся потенциометрия, кулонометрия, вольтамперометрия (полярография), кондуктометрия, электрогравиметрия.

В основе метода потенциометрии лежит зависимость равновесного потенциала электрода от концентрации (активности) определяемого иона.

В основе кулонометрических методов лежит измерение количества электричества, расходуемого при выделении на электродах анализируемого вещества. В соответствии с законами электролиза для выделения 1 моль эквивалентов любого вещества необходимо затратить одно и то же количество электричества, называемого числом Фарадея F (F = 96500 Кл/моль).

Количественное определение содержания веществ методом вольтамперометрии(полярографии) основано на прямо пропорциональной зависимости величины предельного тока от концентрации электроактивного вещества. В основе метода лежит зависимость поляризации электрода от концентрации анализируемого раствора.

Метод кондуктометрии основан на измерении удельной электропроводности анализируемого раствора. Электропроводность разбавленных растворов электролитов зависит от числа ионов в растворе (т.е. от концентрации), числа элементарных зарядов, переносимых каждым ионом (т.е. от заряда иона), и от скорости движения одинаково заряженных ионов к катоду или аноду под действием электрического поля. Таким образом, этот метод не связан с протеканием электродной реакции.

Метод электрогравиметрии основан на измерении массы вещества, выделившегося в процессе электролиза на предварительно взвешенном электроде, обычно платиновой сетке. Электролиз можно проводить либо при постоянной силе тока, либо при постоянном потенциале.

Оптические и спектроскопические методы анализа основаны на измерении характеристик оптических свойств вещества (испускание, поглощение, рассеивание, отражение, преломление света), проявляющихся при его взаимодействии с электромагнитным излучением. Они включают в себя эмиссионные, абсорбционные, люминесцентные и др. спектральные методы.

Методы, основанные на изучении спектров излучения, получили название эмиссионных спектральных методов. Метод атомно-эмиссионной спектроскопии основан на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов. В качестве источников возбуждения атомов (перевода вещества в атомарное состояние) используется пламя (чаще всего), электрическая дуга, плазма электрического разряда и др.

Методы, основанные на изучении спектров поглощения электромагнитного излучения атомами и молекулами анализируемого вещества, получили название абсорбционно-спектральных. Метод атомно-абсорбционной спектроскопии основан на существовании зависимости интенсивности светопоглощения от концентрации, температуры и др.

Спектрофотометрические методы анализа основаны на измерении спектров поглощения в оптической области электромагнитного излучения (способности вещества поглощать свет определенной длины волны). В спектрофотометрическом методе измеряют оптическую плотность растворов, значение которой линейно зависит от концентрации анализируемого вещества. Оптическая плотность раствора с концентрацией вещества 1 моль/л и толщине поглощающего слоя 1 см называется молярным коэффициентом погашения (светопоглощения).

Фотоколориметрический метод отличается от спектрофотометрического тем, что поглощение света измеряют, главным образом, в видимой области спектра. Этот метод основан на измерении интенсивности окраски испытуемого раствора в зависимости от концентрации определяемого элемента. Прямое фотометрирование возможно лишь для веществ, способных образовывать соединения, поглощающие свет.

Методы, основанные на свечении анализируемого вещества под воздействием различных лучей, называются люминесцентными. Виды люминесценции классифицируются по внешнему источнику возбуждения энергии. При фотолюминесценции источником возбуждения является электромагнитное излучение ультрафиолетового и видимого спектра, катодолюминесценция возникает под действием потока электронов (катодных лучей), рентгенолюминесценция – под действием рентгеновского излучения, радиолюминесценция – радиоактивного излучения, хемилюминесценция – энергии химических реакций.

Рентгеновская спектроскопия – раздел спектроскопии, изучающий спектры испускания (эмиссионные) и поглощения (абсорбционные) рентгеновского излучения. Рентгеновский флуоресцентный анализ основан на зависимости интенсивности линии рентгеновского эмиссионного спектра от концентрации соответствующего элемента.

Рефрактометрия – метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления (коэффициента рефракции).

Нефелометрия основана на использовании явлений отражения или рассеивания света частицами, взвешенными в растворе. Турбидиметрия основана на измерении количества света, поглощаемого мутными растворами. В турбидиметрии свет, поглощенный раствором или прошедший через него измеряют теми же способами, как и при фотоколориметрии окрашенных растворов.

Хроматография – метод разделения, анализа и физико-химического исследования многокомпонентных систем. Хроматографические методы используются для анализа смесей газов, жидкостей или растворенных веществ. Они основаны на различии распределения компонентов смеси между двумя фазами – неподвижной (сорбент) и подвижной (поток газа или жидкости). По механизму взаимодействия сорбента и подвижной фазы выделяют несколько видов хроматографии: распределительная, ионообменная, молекулярная и др. Распределительная хроматография базируется на различном распределении веществ между двумя жидкостями.

Ядерно-химические методы анализа основаны на самопроизвольном (радиоактивном) распаде ядер некоторых изотопов. Радиоактивационный анализ основан на измерении интенсивности излучения распада изотопов, которые путем облучения анализируемого вещества из стабильных превращают в радиоактивные.

3.Использование полярографического метода анализа для определения токсичных металлов и соединений в пищевых продуктах. Оптические методы исследования (20 баллов)

Оптические методы исследования  основаны на использовании законов оптики, касающихся природы, распространения и взаимодействия с веществом электромагнитного излучения оптического диапазона (видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение).

Законы геометрической оптики, характеризующие прямолинейное распространение света в однородных средах, его отражение и преломление в гетерогенных средах, лежат в основе расчета, конструирования и эксплуатации таких широко используемых в медицине приборов, как микроскопы, рефрактометры, медицинские осветители, аппараты для светолечения, эндоскопы, лазерные установки и др.

Для качественного и количественного определения химических элементов в биологических жидкостях и тканях, в лекарственных препаратах и других объектах служит спектрально-эмиссионный анализ. Он заключается в изучении спектра света, который испускают атомы и молекулы, возбужденные различными способами, например нагреванием до высоких температур. Разновидностью эмиссионного анализа является метод пламенной фотометрии, позволяющий определять содержание в биологических образцах ионов калия, натрия, лития и др.

Действие большой группы оптических приборов основано на оптических законах взаимодействия света с веществом. Для измерения рефракции или показателя преломления света исследуемых образцов используют рефрактометры. Их применяют при определении чистоты дистиллированной воды, содержания сахарозы в водных растворах, общего белка в сыворотке крови и пр.

Для измерения поглощения света веществом с целью анализа состава и структуры образца широко применяют фотометрические и спектрофотометрические методы (колориметрию, фотометрию, спектрофотометрию). Приборы, служащие для этой цели, получили название колориметров, фотометров, спектрофотометров. Спектрофотометры позволяют изучать характерные спектры поглощения различных веществ и устанавливать их химическое строение и количественное содержание в растворах, например ферментов, гормонов, витаминов, нуклеиновых кислот, углеводов, спиртов, липидов и др.

Величина рассеяния света исследуемыми объектами, например коллоидными растворами, определяется методом нефелометрии и турбидиметрии. О содержании вещества судят по интенсивности светового потока, который рассеивается взвешенными частицами определяемого вещества (нефелометрия), или по поглощению светового потока этими частицами (турбидиметрия).

Для измерения концентрации и изучения свойств оптически активных молекул применяют поляриметры и спектрополяриметры. В медицине они находят наибольшее практическое применение при определении концентрации сахара в моче (сахарометрия).

Поглощение света веществом нередко сопровождается возникновением вторичного излучения с меньшей длиной волны. Приборы, служащие для изучения люминесценции, получили название флюориметров, спектрофлюориметров, микроцитоспектрофлюориметров. Они используются для структурного анализа биологически активных молекул, определения количественного содержания в образце витаминов, ферментов, промежуточных продуктов обмена, стероидов.

Совокупность оптических методов, используемых для изучения процесса восприятия света глазом человека, традиционно выделяется в самостоятельный раздел оптики — физиологическую оптику. Они служат для исследования остроты зрения, абсолютной чувствительности, критической частоты слияния световых мельканий и др. В этих методах используют такие оптические приборы, как офтальмоскопы, офтальмометры, глазные рефрактометры, адаптометры и т.д.

В настоящее время оптические методы являются, наиболее распространенными методами определения размера, формы и структуры коллоидных частиц. Это объясняется не только быстротой и удобством этих методов, но и точностью получаемых результатов. Грубые дисперсные системы (суспензии, эмульсии, пены, пыли) обычно исследуют с по мощью светового микроскопа. К наиболее часто применяющимся методам исследования высокодисперсных коллоидных систем относятся ультрамикроскопия, электронная микроскопия, нефелометрия и турбидиметрия. Реже применяют метод, основанный на определении двойного лучепреломления в потоке, рентгенографию и электронографию для исследования внутренней структуры и характера внешней поверхности частиц коллоид ной системы.

Ниже кратко освещены только принципы, на которых основаны некоторые из этих методов. Устройство соответствующих приборов к техника проведения определений здесь рассматриваться не будут, так как в этих вопросах учащийся сможет детально разобраться только на практических занятиях по коллоидной химии.

Ультрамикроскопия явилась одним из первых оптических методов исследования коллоидных систем. Наблюдение взвешенных в воздухе частиц с помощью микроскопа на темном фоне при фокусировании падающего на них сбоку света было описано еще М. В. Ломоносовым. Однако лишь в 1903 г. Зидентолф в Зигмонди на основе этого явления предложили прибор - ультрамикроскоп, который был использован для исследования лиозолей. Не будет ошибкой сказать, что это изобретение, давшее возможность подтвердить реальность существования коллоидных частиц, положило начало бурному развитию; коллоидной химии.

Теория показывает, что разрешающая способность микроскопа, т.е. то наименьшее расстояние, при котором две точки можно еще видеть отдельно друг от друга, составляет около половины длины световой волны. Таким образом, при использовании обычного света (длина волны 400-700 нм), в наилучший микроскоп видимы частицы, размер которых составляет не менее 0,2 мкм. При использовании ультрафиолетового света с помощью фотосъемки можно получить изображение более мелких частиц, но с диаметром все же не меньшим 0,1 мкм. Таким образом, коллоидные частицы лежат за пределами видимости в обычном микроскопе.

Ультрамикроскоп позволяет констатировать присутствие коллоидных частиц, подсчитывать и наблюдать их движение. Принцип, на котором основан ультрамикроскоп, заключается в том, что на коллоидную систему сбоку направляют сильный луч света и с помощью обычного микроскопа наблюдают свет, рассеянный отдельными части­цами. По существу, принцип ультрамикроскопа сводятся к наблюдению под микроскопом конуса Тиндаля.

Различие в устройстве так называемого щелевого ультрамикроскопа от обычного микроскопа лег ко можно уяснить из рис. 5. Как можно видеть, в обычной микроскопе наблюдение ведется в проходящем свете. Частицы при этом кажутся темными, так как поглощают свет, а само поле представляется светлым. При наблюдении в ультрамикроскоп, наоборот, поле зрения темное, так как лучи от источника света не попадают в глаз наблюдателя, а коллоидные частицы, представляются светлыми из-за их способности рассеивать свет. При этом, поскольку размер коллоидных частиц обычно меньше половины длины волны света, они воспринимаются визуально в виде светящихся точек. Частицы свободнодисперсных систем, способные совершать броуновское движение, наблюдаются как точки, всегда находящиеся в более или менее оживленном движении.При ультрамикроскопических наблюдениях необходимо соблюдать следующие условия.

1. Золь должен быть достаточно разбавленным, чтобы расстояние между частицами было больше разрешающей способности микроскопа. В противном случае, отдельные точки будут сливаться друг с другом и наблюдение за ними будет затруднено.

2. Частицы не должны быть слишком малы или слишком велики. В первом случав их можно не увидеть из-за незначительной интенсивности рассеиваемого ими света. Во втором — дифракционные кольца, образующиеся вокруг больших частиц, будут мешать наблюдению.

3. Коэффициент преломления дисперсной фазы должен достаточно сильно отличаться от коэффициента преломления дисперсионной среды, иначе светорассеяние незначительно и частицы будут мало заметными.

С помощью ультрамикроскопа можно наблюдать в металлических золях частицы размером не меньше 0,002-0,005 мкм. В неметаллических золях, из-за меньшей разности в коэффициентах преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, с помощью ультрамикроскопа можно видеть частицы с диаметром не меньше 0,2 мкм. Наконец, для золей с органической дисперсной фазой этот предел должен быть еще выше.

Вместо щелевых ультрамикроскопов в последнее время для исследования коллоидных систем Широко применяют так называемые конденсоры темного поля, представляющие собою линзу со срезанным верхом и посеребренной боковой поверхностью. Принцип действия конденсора темного поля заключается в том, что проходящий через конденсор свет фокусируется в точке, расположенной в поле зрения микроскопа и в то же время находящейся в стеклянной кювете с исследуемой системой, помещенной сверху конденсора. Благодаря специальному непрозрачному круглому экрану, установленному перед линзой, как и в щелевом ультрамикроскопе, прямые лучи не попадают в окуляр, а поступают лишь лучи, рассеянные коллоидными частицами. Схема хода лучей в конденсоре темного поля изображена на рис. 6. Конденсор темного поля чрезвычайно темного прост и может быть приспособлен к любому обычному микроскопу.

С помощью ультрамикроскопа (или микроскопа с конденсором темного поля) нельзя непосредственно определить размер коллоидных частиц, однако это можно сделать косвенно. Из препарата исследуемого золя тем или иным способом выделяют объем в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором подсчитывают число коллоидных частиц.

Если высоту параллелепипеда обозначить через h, а через l сторону квадрата, являющегося обычно основанием параллелепипеда, то объем, в котором производят подсчет частиц, будет равен V=hl². Так как коллоидные частицы обычно находятся в оживленном броуновском движения и число их в выделенном объеме все время изменяется, приходится; брать среднее значение из множества подсчетов, проведенных через определенные промежутки времени. Объем, в котором подсчитывают число частиц, и численная концентрация не должны быть слишком большими для того, чтобы наблюдатель мог сразу определить число находящихся в объеме частиц.

Подсчитав среднее число частиц п в выделенном объеме V, легко найти численную концентрацию v:

v = n/V (1)

Если известны плотность, дисперсной фазы р и весовая концентрация золя с, то, очевидно, должно соблюдаться равенство:

vpv = с (2)

где о - средний объем частицы. Отсюда

v = c/pv (3)

Если частица имеет кубическую форму, то размер ее ребра вычисляют по уравнению

Наконец наблюдая коллоидные системы в ультрамикроскоп, можно не только определить средний размер частиц, но получить и некоторое представление о форме частиц. Ес ли частицы, видимые в темном поле, мерцают, то это признак их анизодиаметричности. Причина мерцания заключается в том, что несферические частицы, находящиеся в броуновском движении, поворачиваются к световому лучу различными, неравными по площади плоскостями и вследствие, этого посылают в глаз наблюдателя в разное время разное количество света. Если же частицы в темном поле светятся спокойным, немерцающим светом, то это указывает на их примерно изодиаметрическую форму.

Недостатком определения размера частиц с помощью ультрамикроскопа является то, что найденное значение отвечает среднему размеру частиц. Кроме того, такое определение очень утомительно (чтобы полученные результаты были достаточно достоверными, приходится брать среднее из сотен и даже тысяч отдельных определений).Б. В. Дерягин и Г. Я. Власенко сконструировали специальный поточный ультрамикроскоп, с помощью которого весьма быстро можно определить число частиц в единице объема аэрозоля или лиозоля. Схематическое устройство поточного микроскопа показано на рис. 7. Изучаемый лиозоль или аэрозоль наблюдается в потоке, направленном вдоль канала кюветы 2, параллельного оси тубуса микроскопа 5. Каждая частица, пересекая зону, освещенную источником света 3, дает вспышку; общее число таких вспышек может быть легко подсчитано наблюдателем. Разделив число подсчитанных вспышек на измеряемый счетчиком 1 общий объем аэрозоля, протекающего через контролируемую и вырезанную окулярной диафрагмой 6 часть поля, легко найти численную концентрацию При таком методе определении численной концентрации отпадают почти все источни­ки ошибок, возможные при классическом ультрамикроскопическом методе счета, и, кроме того, значительно сокращается время исследования. Так, при определении очень малых концентраций аэрозоля, остающегося после просасывания через аэрозольные фильтры, поточным методом время измерения сокращается в 100 и более раз при одновременном повышении точности определения.

При поточном методе, ультрамикроскопического счета можно автоматизировать счет частиц и, разбивая их на фракции или классы по различной яркости, вести счет частиц каждой фракции в отдельности, т. е. изучать фракционный состав дисперсной фазы. При автоматическом счете частиц свет поступает на катод фотоумножителя. Каждая вспышка света от проходящей через кювету частицы вызывает электрический импульс, который после усиления регистрируется счетчиком.В настоящее время поточный ультрамикроскоп получила в Советском Союзе широкое распространение в ряде исследовательских учреждений, а также в шахтах, в полевых и экспедиционных условиях.Электронная микроскопия. В электронном микроскопе вместо световых лучей используется пучок быстрых электронов, что резко увеличивает разрешающую способность микроскопа и дает возможность непосредственно видеть или фотографировать коллоидные частицы. Возможность применения в этом случае по тока электронов обусловлена тем, что электроны обладают одно временно как квантовой, так и волновой природой. Длина волны потока электронов составляет всего 0,02-0,05 А, т. е. меньше размеров атома, благодаря чему разрешающее расстояние с помощью электронного микроскопа может быть доведено до 5-10 А. Изображение, получаемое на флуоресцирующей экране, может быть сфотографировано, причем полученный снимок можно еще увеличить, так что общее предельное увеличение современных электронных микроскопов весьма большое.

Ход электронного пучка в электронном микроскопе изображен на рис. 8. В общем, он сходен с ходом световых лучей в обычном микроскопе. Однако поскольку электроны легко рассеиваются и поглощаются, для фокусировки пучка электронов применяют электромагнитные катушки, создающие электростатические или магнитные поля. Для уменьшения рассеяния электронов внутри электронного микроскопа поддерживают высокий вакуум. Наконец, с той же целью для исследования применяют объекты очень малой толщины, нанесенные обычно на тончайшую нитроцеллюлозную, кварцевую, углеродную или другие пленки, прозрачные для пучка электронов. Если последнее условие не будет соблюдено, то под воздействием электронов может происходить нагревание и разрушение объекта. Очень часто вместо самих объектов в электронном микроскопе наблюдают их отпечатки на различных пленках. Такие пленки - отпечатки (реплики) для придания им большей контрастности обычно от­теняют с помощью напыления каким-нибудь молекулярно-раздробленным металлом (на пример, хромом).Недостатком электронной микроскопии является сложность подготовки объектов для исследования и необходимость поддерживать в микроскопе высокий вакуум. Кроме того, поскольку при наблюдении объект находится в вакууме, в электронном микроскопе нельзя наблюдать коллоидную систему как таковую, а можно видеть лишь частицы, содержащиеся в ее сухом остатке. Однако электронный микроскоп получает все более широкое применение в науке и технике, поскольку с его помощью можно видеть мельчавшие частицы со всеми особенностями их формы и строения. Благодаря его огромной разрешаю щей способности можно наблюдать даже отдельные большие молекулы (молекулы белков), вирусы.

На рис. 9 представлены фотоснимки, сделанные с помощью электронного микроскопа.

Нефелометрия основана на способности коллоидных систем рассеивать свет. Определяя интенсивность светорассеяния данной системой, можно определять размер частиц или концентрацию дисперсной фазы, изучать явления коагуляции и т. д. Широкое использование нефелометрии в коллоидной химия объясняется высокой чувствительностью метода, а также его простотой.

В основе нефелометрии лежит зависимость, выражаемая уравнением Рэлея, которое можно представить в виде:

L_p=kvu²l_o=kvu^.vl_o=kcul_o (6)

где с –объемная концентрация дисперсной фазы в системе.

Зная все величины, входящие в уравнение Рэлея (1), объемную концентрацию дисперсной фазы с и определив абсолютные значения интенсивности падающего и рассеянного света (Io и Ip), можно вычислить средний обьем частицы.Абсолютные значения интенсивности падающего и рассеянного света можно найти только с помощью сложных приборов (тиндальметров), в полученные результаты требу ют введения ряда поправок. Кроме того, при определении абсолютных значений интенсивности света надо пользоваться для освещения монохроматическим светом. Поэтому гораздо большее распространение получили относительные методы нефелометрии, в которых эти трудности в значительной мере отсутствуют.При относительных измерениях опалесценцию исследуемого раствора сравнивают с опалесценцией стандартного раствора, размер частиц u" которого известен, и, пользуясь полученными данными, вычисляют размер частиц v' в исследуемой системе. Непременным условием такого определения должна быть одинаковая объемная концентрация дисперсной фазы в обоих растворах.Для проведения измерений таким способом применяют чрезвычайно простые приборы — нефелометры. Схема устройства простейшего из таких приборов — визуального нефелометра Клейнманна. показана на рис, 10. Нефелометр имеет две совершенно одинаковые стеклянные цилиндрические кюветы 4 и 5, в первую из которых помещают стандартный раствор, а во вторую - испытуемый. Свет от источника 1 (лежащего за плоскостью рисунка) равномерно падает на обе кюветы. Высоту освещенного столба жидкости в каждой кювете можно регулировать, поднимая и опуская специальные экраны 2 и 5. Свет, рассеянный растворами, попадает на сплошные стеклянные цилиндрики б и 7. погруженные на одну и ту же глубину в растворы (эти цилиндрики применяют для того, чтобы устранить отражение света менисками жидкостей). Из цилиндриков пучки рассеянного света с помощью специальных призы 8 и 9 направляются в окуляр 10, разделенный на две половины. Каждая из его половин освещается за счет света, поступающего из одной какой-нибудь кюветы.

При работе с нефелометром в кюветы наливают исследуемый и стандартный растворы и, поднимая или опуская экраны у кювет, добиваются одинаковой освещенности обеих половин окуляра. Очевидно, при таком условии интенсивность света, рассеянного исследуемым раствором I_р, равна интенсивности света, рассеянного стандартным раствором I'_р. При этом должно соблюдаться и равенство:

I_okv'ch' =I_okv"ch" (7)

так как интенсивность света, рассеянного каждой кюветой, пропорциональна высоте ее освещенной части А. Из уравнения (16) следует:

v'h' = v"h" (8) или v'/v" = h"/h' (9)

откуда

v' = v"(h"/h') (10)

По уравнению (10), зная размер частиц, содержащихся в стандартном растворе, вычисляют размер частиц исследуемого золя. Конечно, следует помнить, что результаты таких вычислений однозначны только тогда, когда коллоидные системы монодисперсные. Кроме того, поскольку показатель степени при X в уравнении Рэлея не зависит от размера частиц только для высоко дисперсных золей, описанный способ можно применять для определения размеров сравнительно малых частиц.

Так как светорассеяние сильно зависит от размера частиц, определение изменения интенсивности опалесценции может быть успешно применено для изучения протекающих в системе процессов агрегации и дезагрегации. С этой целью целесообразно строить графики, на ординате которых откладывают значения светорассеяния золя, а на абсциссе - время наблюдения.

Наконец, нетрудно видеть, что нефелометр можно использовать для определения концентрации дисперсной фазы в системе. При этом искомую концентрацию рассчитывают по формуле:

c' = c"(h"/h') (11)

вывод которой аналогичен выводу формулы (10).Понятно, что стандартный и исследуемый растворы должны содержать частицы одной и той же природы и одного и того же размера.

Помимо визуальных нефелометров широко применяют фотоэлектрические нефелометры, в которых с помощью чувствительная микроамперметров определяют силы фототоков V и г", возникающих в фотоэлементах под действием света, рассеянного стандартным и испытуемым растворами. При пользовании фото-нефелометрами размер частиц в концентрацию дисперсной фазы в золе определяют но уравнениям:

v' = v"(i"/i') (12)

c' = c"(i"/i^,) (13)

Для определения концентрации или размеров частиц золей, слабо рассеивающих свет, иногда также можно использовать нефелометрические методы исследования. В этом случае следует перейти от видимой части спектра к ультрафиолетовым лучам.

Применяя соответствующий источник света, кварцевые линзы и прибор, регистрирующий ток фотоэлемента, можно получить данные для вычисления численной концентрации или размера частиц.

Для определения размера частиц можно воспользоваться не только способностью коллоидных систем рассеивать свет (нефелометрия), но и их способностью ослаблять интенсивность проходящего света в результате светорассеяния (турбидиметрия). В этом случае измерения ведут с помощью обычных колориметров или спектрофотометров, позволяющих определять мутность. Метод турбидиметрии получил сейчас широкое распространение в коллоидной химии; этот метод подробно описан в учебниках по аналитической химии.

4. Зависимость тока рабочего электрода от потенциала, прилагаемого к ртутному капельному электроду. Ионселективные электроды (20 баллов)Для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (ионометрия), а также для индикации точки эквивалентности при титровании (потенциометрическое титрование) широко применяется потенциометрический анализ.Техника прямой потенциометрии следующая: два электрода из различных металлов погружают в раствор, содержащий вещества, не реагирующие с ними, и между этими электродами возникнет разность потенциалов.

При измерении электродвижущей силы (ЭДС) необходим электрод сравнения. Наиболее распространен в потенциометрии хлорсеребряный электрод сравнения .

Применяются также каломельный и сурьмяный электроды. Для прямой потенциометрии (ионометрии) используют стеклянные электроды, электроды с гомогенной или гетерогенной мембраной, жидкостные, газовые электроды и ферментные.

Широкое распространение в лабораторной и заводской практике пищевых производств получил стеклянный электрод, предназначенный для измерения рН Потенциал стеклянного электрода обусловлен обменом ионов щелочных металлов, находящихся в стекле, с ионами водорода из раствора. Диапазон измерения рН зависит от типа применяемого стеклянного электрода.

Более подробно рекомендации по определению рН в различных средах содержатся в руководствах по эксплуатации рН-метров.

В последние годы разработаны ионоселективные электроды, чувствительные к определенным катионам и анионам. Селективная мембрана в них может быть выполнена из твердых (например, стекло), жидких (органический ионообменный или нейтральный макроциклический комплексообразователь) материалов, содержать в себе иммобилизованные ферменты или микроорганизмы.

Электроды двух последних типов позволяют определять концентрацию сложных органических соединений, не диссоциирующих на ионы, - витаминов, гормонов, антибиотиков.

Для проведения аналитических работ можно пользоваться отечественными рН-метрами типа рН-121, рН-125, рН-150, иономером ЭВ-74, а также зарубежных фирм Radiometr (Дания), Orion (США) и др.

При потенциометрическом титровании могут использоваться реакции кислотно-основного взаимодействия, окисления-восстановления, реакции осаждения и комплексообразования, в ходе которых изменяется концентрация потенциалопределяющих ионов.

Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности по рН. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение потенциала электрода.

Основными достоинствами рассматриваемого метода являются высокая точность, чувствительность и возможность проводить определения в более разбавленной среде, чем это позволяют визуальные индикаторные методы.

Кроме того, этим методом можно определять несколько веществ без предварительного разделения, а также исследовать мутные и окрашенные растворы. Возможна полная или частичная его автоматизация за счет подачи рабочего раствора, записи кривой титрования, отключения подачи титранта в заданный момент титрования, соответствующий точке эквивалентности.

Полярографический метод (1) основан на регистрации силы тока при постепенном линейном увеличении напряжения на электродах ячейки, погруженных в исследуемый раствор (рис. 5.3). Одним из электродов является капельный ртутный электрод. Полученные кривые зависимости «ток-потенциал» (полярограммы) позволяют судить о природе реагирующих веществ по величине потенциала, а о концентрации - по величине предельного тока.

В основе количественного полярографического анализа лежит линейная (на определенном участке) зависимость между высотой полярографической волны и концентрацией вещества в растворе. Найдя по графику высоту волны либо замерив пропорциональную ей величину предельного тока, можно определить концентрацию. Существует несколько методов количественного полярографического анализа: расчетный, калибровочного графика, стандартных растворов, добавок.

№ 20