Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
3.1.3. Приготовление раствора с известной концентрацией органического и взвешенного вещества. Для эксперимента бралось требуемое количество матричного раствора гуминовых кислот с необходимым содержанием их для эксперимента.
В этот образец добавлялось определённое количество суспензии глины согласно расчётам по концентрациям; при этом получился образец заданных концентраций гуминовых кислот и глины. При ступенчатом его разбавлении до необходимой концентрации pH раствора доводилось 0.1 нормальным раствором НС1 до pH = 7 (так как 7 — обычное значение pH для природных вод) [204].
Объём образца доводился добавлением дистиллированной воды до заданного объёма.
Выделение различных размерных фракций взвешенных частиц выполнялось фильтрацией проб через мембранные фильтры SYNPOR без вакуумирования с целью более полного сохранения адсорбированного на поверхности частиц органического вещества.
3.1.4. Адсорбция гуминовой кислоты на различных видах глинистых минералов. Для оценки содержания растворённого и адсорбированного на частицах органического вещества использовались оптические методы. С помощью дифференциального спектрофотометра ДСФГ-2 снимались спектры ослабления (г) и поглощения (к) света тестируемых суспензий. Для каждой тестируемой пробы значения спектральных показателей ослабления и поглощения света получены для участка спектрального диапазона от 400 нм до 800 нм через 25 нм.
По закону Ламберта-Бера поглощение вещества пропорционально его концентрации. Основываясь на этом законе, в эксперименте снимались показатели поглощения нефильтрованной и фильтрованной пробы. Исходя из того, что глина обладает незначительным поглощением и, следовательно, наиболее значительную долю поглощения вносит органическое вещество, показатель поглощения пропорционален содержанию органического вещества в пробе.
После фильтрации исследуемой суспензии на фильтре оседает взвесь, размеры частиц которой больше диаметра пор фильтра, а всё растворённое органическое вещество должно проходить через поры фильтра. Таким образом, изменение показателя поглощения нефильтрованной и фильтрованной пробы характеризует изменение содержания РОВ в пробе. На рис. 3.1 показаны спектры поглощения образца (с концентрациями гуминовых кислот 10 мг/л и глины 20 мг/л) на различных фильтрах.
ж, м 1
Длина волны, нм
Рис. 3.1. Спектры поглощения исходного раствора и его фильтратов: ¦ — гуминовая кислота 10 мг/л и глина 20 мг/л; А — фильтрат 4 мкм; ? —
фильтрат 0.4 мкм
В виду того, что происходит уменьшение показателя поглощения, а значит, и концентрации РОВ, можно сделать вывод, что органическое
вещество осталось на частицах взвеси, т. е. адсорбировалась. Таким образом, этот график демонстрирует, что глина активно адсорбирует гуминовые кислоты.
Возникающие связи между взвешенными частицами и растворённым органическим веществом достаточно прочны, поскольку не разрушаются в процессе мягкой фильтрации взвеси.
Доля адсорбированного вещества оценивалась по отношению разности показателей поглощения нефильтрованной и фильтрованной пробы к показателю поглощения нефильтрованной пробы как отношение концентраций адсорбированного органического вещества и общего его содержания
Параллельно с измерением оптических характеристик регистрировались интегральные индикатрисы светорассеяния, для получения информации о размере частиц в пробах. На рис. 3.2 представлены индикатрисы рассеяния для проб с каолинитом. Зависимость показателя а (в) рассеяния света регистрируется при непрерывном изменении апертурного угла фотоприёмника от 0 до в® (практически используемый диапазон — от 30 минут до 40-160 градусов). По измеренной интегральной индикатрисе для доли потока энергии F{9) = 0.5 находится величина этого угла, подстановкой получаем р и далее диаметр частиц d. Погрешность измерения размера частиц не превышала 4%.
Рис. 3.2. Доля света, рассеянного в угле во, для различных проб каолинита (1 — каолинит 15 мг/л; 2 — каолинит 45 мг/л; 3 — каолинит 5 мг/л)
При добавлении в пробы ОВ форма индикатрис изменяется (рис. 3.3). Для выбранной доли рассеянного потока уменьшается угол рассеяния <9q, вследствие чего увеличивается дифракционный параметр, а, следовательно, и размер частиц. Правомочность таких рассуждений подтверждается теоретическими разработками нашей лаборатории. В приближении Релея-Ганса-Дебая (РГД) индикатриса светорассеяния однородной частицы с усреднённым по объёму показателем преломления и структурированной частицы (двухслойная, «просветлённая» и частица, у которой плотность непрерывно спадает
от центра к внешней оболочке) в неких эффективных координатах совпадают. При этом определяется эффективный размер рэф, в котором сосредоточены 80-90% всего рассеивающего вещества частицы 0.
F(60)
Рис. 3.3. Интегральная индикатриса рассеяния для суспензии каолинита с различным содержанием OB: 1 — каолинит 15 мг/л; 2 — каолинит 90 мг/л + гум. к-та 10 мг/л; 3 — каолинит 5 мг/л + гум. к-та 10 мг/л
Параллельно размер частиц оценивался, помимо метода интегральной индикатрисы светорассеяния, методом спектра мутности согласно методике (2.3.3), опробованной для широкого круга биологических дисперсных систем (погрешность метода составляет 2-3%).
