<855>Phương pháp độ đục của ánh sáng tán xạ và phương pháp độ đục cụ thể của ánh sáng truyền qua

1. giới thiệu

Phương pháp độ đục của ánh sáng tán xạ và phương pháp độ đục của ánh sáng truyền qua là các kỹ thuật phân tích dựa trên nguyên lý hiện tượng tán xạ ánh sáng. Tán xạ ánh sáng là một hiện tượng vật lý trong đó một chùm tia thay đổi hướng di chuyển của nó (được gọi là độ lệch) do tương tác với một hạt vật chất đủ nhỏ. Theo lý thuyết điện từ Maxwell, điều kiện tiên quyết để xảy ra tán xạ là chiết suất của các hạt lơ lửng phải khác với chiết suất của chất lỏng lơ lửng. Sự khác biệt càng lớn, sự tán xạ càng mạnh. Có hai loại phân tán ánh sáng:1) tán xạ đàn hồi, trong đó ánh sáng tán xạ và ánh sáng tới có cùng bước sóng;2) Tán xạ ánh sáng không đàn hồi, trong đó bước sóng của ánh sáng tán xạ và ánh sáng tới khác nhau. Chỉ có loại tán xạ ánh sáng đầu tiên (đàn hồi) có liên quan đến phương pháp độ đục của ánh sáng tán xạ và phương pháp độ đục cụ thể của ánh sáng truyền qua.

Trong phương pháp mây tỷ lệ ánh sáng truyền qua, cường độ ánh sáng truyền qua được đo và theo hướng ánh sáng tới (tức là0°) Đo sự suy giảm cường độ ánh sáng tới do tán xạ và so sánh với cường độ ánh sáng tới (đo khoảng trắng). Đặc tính được đo là một phép đo gián tiếp của hiệu ứng tán xạ của các hạt lơ lửng, được gọi là độ đục. Bất kỳ sự hấp thụ ánh sáng nào từ một mẫu lơ lửng sẽ dẫn đến sự suy giảm thêm cường độ ánh sáng (xem<857> Quang phổ siêu tím có thể nhìn thấyvà<1857> Quang phổ siêu tím - Lý thuyết và thực hành）。 Do đó, điều quan trọng là đảm bảo rằng vật liệu được đo không hấp thụ ánh sáng ở bước sóng đo được. Trong thực tế, các phương trình để kiểm soát sự hấp thụ và xác định độ đục là như nhau (mặc dù giá trị của hằng số phân rã là khác nhau). Trong phương pháp độ đục của ánh sáng tán xạ, phương pháp đo và hướng truyền ánh sáng tới là90° Cường độ ánh sáng tán xạ ở góc. Do đó, phép đo độ đục của phương pháp độ đục quang tán xạ là phép đo trực tiếp hiệu ứng tán xạ của vật bị lơ lửng.

2. thuật ngữ và định nghĩa

Các thuật ngữ phổ biến để mô tả phương pháp độ đục và độ đục bao gồm:

•Độ đục (ký hiệu)S): Một biện pháp giảm cường độ chùm tia tới truyền qua do hiệu ứng tán xạ ánh sáng của các hạt lơ lửng. Lượng chất lơ lửng có thể được đo bằng cách quan sát ánh sáng truyền qua (phương pháp đục cụ thể) hoặc ánh sáng tán xạ (phương pháp độ đục).

nhật ký I₀/ Tôi_TKbc = T

Tôi₀=Cường độ ánh sáng tới

Tôi_T=Cường độ ánh sáng truyền qua

k = sốHệ số độ đục mol

b=Chiều dài đường dẫn mẫu

c=Tập trung

T=Độ đục

•Độ đục (biểu tượng,τ)): Trong phép đo độ đục của ánh sáng truyền qua, độ đục là cường độ chùm tia tới của một hệ thống treo nhất định/Đo độ dài đơn vị giảm. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế định nghĩa độ đục là "giảm độ trong suốt của chất lỏng do sự hiện diện của các chất không hòa tan."”。

•Đơn vị đo độ đục: Đơn vị đo độ đục được biểu thị bằng một bộ mô tả chỉ ra phương pháp đo.

•-Hiển thị manipulator (Đại học NTU): Khi đo độ đục bằng phương pháp độ đục tán xạ, máy đo độ đục theo hướng truyền ánh sáng tới90°Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (Đại học NTU）。Đại học NTUKích thước được xác định dựa trên độ đục được tạo ra bởi tiêu chuẩn formahydrazine chính, một hệ thống treo được tạo ra bằng cách trộn dung dịch hydrazine sulfate và hexamethylenetetramine trong nước. Hệ thống treo microbead polymer an toàn hơn hiện có trên thị trường và được * chấp nhận thay thế. Tuy nhiên, tất cả các tiêu chuẩn này đều có nguồn gốc từ formazid. Độ đục của dung dịch chuẩn Formazine sơ cấp là4000 NTU。

+Lĩnh vực thức ăn chăn nuôi: Nguyên liệu bổ sung thực phẩm vi chất trong chăn nuôi (FTU), tọa độ&phương trình (FNU）。 Các đơn vị này tương đương với0-40 NTUTrong phạm viĐại học NTU。

3. Ứng dụng

Các ứng dụng của phương pháp độ đục cụ thể ánh sáng truyền qua và phương pháp độ đục tán xạ bao gồm1Giải pháp và/hoặc xác định nồng độ của hệ thống treo (xác định một số cation và anion bằng cách kết tủa và kết tủa được tạo ra bởi hệ thống treo với các thông số phản ứng được kiểm soát tốt);2) Đo độ đục của dung dịch đục hoặc đình chỉ;3Xác định trọng lượng phân tử trong1000Trọng lượng phân tử trung bình và kích thước của các hệ thống đa phân tán đến hàng trăm triệu;4) đo động lực phản ứng hoặc động lực kết tủa miễn dịch để phân tích miễn dịch (phương pháp độ đục tán xạ tỷ lệ);5) theo dõi sự phát triển của tế bào và vi khuẩn;6) Xác định phân bố kích thước hạt vật liệu lơ lửng, đếm hạt......

Phương pháp phân tán độ đục tỷ lệ được sử dụng rộng rãi trong phân tích thành phần vắc-xin và/Hoặc định lượng thành phần huyết thanh. Nó cũng được sử dụng để tái cấu trúc xác định protein tế bào chủ trong dược phẩm sinh học. Khi sử dụng kỹ thuật này, bằng cách đo các kháng nguyên-Những thay đổi trong phản ứng tán xạ ánh sáng của phức hợp kháng thể tinh khiết kháng huyết thanh hoặc kháng nguyên để tính toán gây ra kháng thể miễn dịch-Nguyên văn: Não tử khuyết căn cân (Aghoặc kháng thể (Ablượng). Kháng nguyên cộng hóa trị gắn hoặc hấp phụ trên microsphere polymer thường được xem xét để cải thiện hiệu quả tán xạ; Công nghệ này được gọi là“Phân tích miễn dịch tăng cường hạt”. Mặc dù kỹ thuật này được gọi là phương pháp độ đục của ánh sáng tán xạ, thông thường cả ánh sáng tán xạ và ánh sáng truyền qua đều được đo bằng dụng cụ tỷ lệ.

Đo độ đục bằng phương pháp quang tán xạ đáng tin cậy hơn ở phạm vi độ đục thấp (nồng độ môi trường tán xạ tương đối thấp). Trong phạm vi này, nồng độ mẫu được quan sát với cường độ tín hiệu của máy dò (đểĐại học NTUCó một mối quan hệ tuyến tính giữa các biểu diễn). Khi nồng độ tăng lên, góc tới của nhiều tán xạ cũng tăng lên, làm lệch khỏi phản ứng tuyến tính. Hỗ trợ tối đa các mối quan hệ tuyến tính đáng tin cậyĐại học NTUGiá trị trong1750–2000 NTUTrong phạm vi. Phương pháp cloud truyền ánh sáng phù hợp với phạm vi độ đục cao hơn (nồng độ của môi trường tán xạ). Để đạt được kết quả nhất quán, tất cả các biến đo lường phải được kiểm soát cẩn thận. Nếu có thể, hệ thống treo cực kỳ loãng có thể được đo.

4. Thiết bị đo đạc

Các dụng cụ được sử dụng để đo độ đục cụ thể của ánh sáng truyền qua và phương pháp độ đục quang tán xạ được gọi là máy đo độ đục quang truyền qua và máy đo độ đục quang tán xạ tương ứng. Thông thường, các thiết bị này bao gồm một đèn thủy ngân với bộ lọc (được sử dụng cho các đường màu xanh lá cây hoặc xanh dương mạnh), một màn trập, một bộ lọc trung tính với độ truyền đã biết và một ống quang điện nhạy có thể được lắp đặt theo hướng truyền ánh sáng tới.0°hoặc90°Vị trí của các góc, hoặc trên một cánh tay, nó có thể xoay xung quanh đơn vị giải pháp và được đặt bằng mặt số bên ngoài vỏ không truyền ánh sáng−135°đến0°đến+135°Bất cứ góc độ nào. Bể giải pháp có nhiều hình dạng khác nhau, ví dụ, để đo lường90°hình vuông tán xạ;45°、90°và135°Phân tán là một nửa bát giác; Hình trụ có thể được áp dụng cho tán xạ ở tất cả các góc (xem ảnh)1）。

Sơ đồ1.Máy đo độ đục đại diện. Chú ý, máy dò2Có thể được gắn trên cánh tay di chuyển。

Độ đục cũng có thể được đo bằng máy đo quang điện tiêu chuẩn hoặc máy quang phổ, tốt nhất là chiếu sáng trong phần màu xanh của quang phổ. Các phép đo độ đục của ánh sáng tán xạ đòi hỏi một dụng cụ được trang bị một ống quang điện để nhận ánh sáng tán xạ thay vì truyền qua. Vì đây là hình học tương tự được sử dụng trong huỳnh quang kế, nó có thể được sử dụng như một máy đo độ đục bằng cách chọn lọc thích hợp các bộ lọc. Máy đo độ đục tỷ lệ kết hợp90°Phương pháp độ đục của ánh sáng tán xạ và phương pháp độ đục của ánh sáng truyền qua. Nó chứa quang điện, tiếp nhận và đo lường với mẫu90°Ánh sáng tán xạ ở các góc, cũng như ánh sáng tán xạ phía trước trước khi nhận và đo mẫu. Nó cũng đo ánh sáng trực tiếp qua mẫu. qua90°Các phép đo ánh sáng tán xạ góc, tổng các phép đo ánh sáng tán xạ phía trước và các phép đo ánh sáng truyền qua, tính toán tỷ lệ của cả hai, có thể thu được độ tuyến tính. Lợi ích của việc sử dụng hệ thống đo độ đục tỷ lệ là việc đo nhiễu loạn trở nên không đáng kể. Ngoài ra, việc xác định độ đục của hệ thống treo màu chỉ được thực hiện bằng cách sử dụng máy đo độ đục cụ thể của ánh sáng truyền qua hoặc máy đo độ đục (với chế độ tỷ lệ), vì quy trình này bù cho sự suy giảm ánh sáng do màu sắc của hệ thống treo. Thông thường, nguồn sáng trong các dụng cụ này là đèn vonfram, trong2700 KHoạt động ở nhiệt độ dây tóc, hầu hết cường độ ánh sáng là khoảng550 nm. Các nguồn sáng thích hợp khác cũng có thể được sử dụng. Thông thường, máy dò là▲điốt silicon▲Và ống quang điện. Một cách khác để loại bỏ hiệu ứng màu sắc là sử dụng điốt phát quang hồng ngoại làm nguồn sáng, với trung tâm phát xạ tối đa khoảngTừ 860 nmBăng thông quang phổ là60 nm。Khi nguồn ánh sáng laser cũng được sử dụng, đặc biệt là trong các dụng cụ đo độ đục, kỹ thuật này thường được gọi là“Đo độ đục laser”. Ưu điểm của việc sử dụng máy đo độ đục quang tán xạ laser là tỷ lệ tín hiệu-tiếng ồn được cải thiện đáng kể ở mức phát hiện rất thấp. Thông thường nguồn sáng là bước sóng làm việc660 nmLaser diode. Mật độ năng lượng cao của chùm tia laser cho phép các hạt nhỏ hơn tạo ra cường độ tán xạ cao hơn. Kết hợp với một giếng ánh sáng hấp thụ ánh sáng không tán xạ, hệ thống này làm giảm đáng kể ánh sáng dị xạ. Một dụng cụ hoạt động ở chế độ tỷ lệ có thể được sử dụng khi một chương trình trong chuyên khảo chỉ ra việc sử dụng đồng hồ đo độ đục quang tán xạ hoặc đồng hồ đo độ đục quang truyền qua.

5. Tiêu chuẩn độ đục Formazine

Formalazine hiện tạiCác tiêu chuẩn chính đã biết về độ đục. Tất cả các tiêu chuẩn khác là thứ yếu và phải được truy tìm trở lại formazid.Tiêu chuẩn chính là ▲IUPAC Compendium về thuật ngữ hóa học▲（ERR 1-tháng 5-2019）第 2 Phiên bản (Sách vàng) được định nghĩa là một tiêu chuẩn mà người dùng chuẩn bị từ các tài liệu có thể truy xuất nguồn gốc bằng cách sử dụng các phương pháp và điều kiện được xác định rõ ràng.

Đình chỉ formazid có nhiều tính năng để đảm bảo sự phù hợp của nó như là tiêu chuẩn chính. Nó có thể được chuẩn bị nhất quán và chính xác từ vật liệu ban đầu ở cấp độ thuốc thử. Hệ thống treo này bao gồm các polyme có chiều dài khác nhau và theo loại cơ chế, hình dạng và kích thước của các polyme được tạo thành từ nhỏ hơn0,1 μmđến lớn hơn10 μmKhông đợi. Mặc dù phân phối chuỗi polymer dài đã được chứng minh là khác nhau tùy thuộc vào việc chuẩn bị, kết quả độ đục tổng thể có thể được tái tạo tốt.

5.1 Chuẩn bị các tiêu chuẩn FormazinChuẩn bị Formazine Standard Liquid

•硫酸肼溶液：Sẽ1.000 g ACSHạt chia organic (N₂H₄· H₂Vậy₄) Giải thể trong100 mLcủaMộtTrong chai dung lượng và pha loãng với nước không hạt đến thang đo. Hãy để giải pháp đứng4-6Giờ.

•Chất lỏng chuẩn Formazine chính:Sẽ2,50 gPhân tích lớp Hexamethylenetetramine[(CH)₂)₆N₄]Hòa tan trong25,0 mLKhông có hạt nước, nạp vào100 mLBình. Sử dụngMộtLớp học25 mLPipette tham gia25,0 mLdung dịch hydrazine sulfat và trộn đều. Trước khi sử dụng, hãy chuẩn bị25±1° Đứng ở nhiệt độ48Giờ. Hệ thống treo kết quả hoạt động ổn định2Một tháng.

•Hệ thống treo tiêu chuẩn Formazine Reserve1：Sử dụng15 mL APipette giống như, sẽ15 mLFormazine Primary Standard Liquid Chuyển đến1 LTrong chai thể tích và pha loãng với nước không hạt để quy mô và trộn. Độ đục của hệ thống treo kết quả là60 NTU。

•Hệ thống treo tiêu chuẩn Formazine Reserve2：Sử dụng50 mL APipette giống như, sẽ50 mLFormazine Primary Standard Liquid Chuyển đến200 mLTrong chai thể tích và pha loãng với nước không hạt để quy mô và trộn. Độ đục của hệ thống treo kết quả là1000 NTU。

•Đình chỉ tham chiếu Formazine:Theo bảng1Trong100 mLMỗi khẩu phần Formazine Reserve Hệ thống treo tiêu chuẩn và nước không hạt được trộn trong chai dung tích để chuẩn bị hệ thống treo tham chiếu Formazine.