Turbidimetria e nefelometria

La turbidimetria è un metodo analitico analogo alla nefelometria utilizzato per la determinazione della quantità di una sostanza in sospensione in un liquido.

La valutazione della luce diffusa da parte di un sistema eterogeneo quale una soluzione colloidale o una sospensione trova applicazioni nell’analisi chimica. Si possono presentare due casi limite:

1. La luce è assorbita in maniera notevole per cui l’intensità del raggio emergente è particolarmente attenuata
2. La luce è notevolmente diffusa dalle particelle in sospensione anche grazie ad una serie di fenomeni di riflessione e di rifrazione da parte delle particelle sospese (effetto Tyndall) originando la cosiddetta luce di opalescenza

In realtà i due fenomeni coesistono sempre, ma la loro intensità risulta sempre alquanto diversa. Nella turbidimetria , un fascio incidente di luce visibile viene fatto passare attraverso un campione in una cuvetta e viene quindi misurata l’intensità della luce trasmessa

Turbidimetria

Quando l’assorbimento prevale sulla diffusione si preferisce valutare l’entità dell’assorbimento prodotto dalla fase dispersa: si dice in tal senso che si effettua una misura turbidimetrica. Nella turbidimetria si misura l’intensità della luce trasmessa da una sospensione: possono essere usati i normali foto colorimetrici o spettrofotometri UV-VIS per la misura della trasmittanza percentuale o dell’assorbanza.

Non c’è pertanto bisogno di apparecchiature particolari per questa tecnica analitica. Uno schema semplificato di un turbidimetro è riportato in figura:

1. Sorgente continua
2. Monocromatore a filtri o a reticolo
3. Cella porta campione
4. Rivelatore  ( fototubo)

Quando invece il fenomeno di diffusione è molto più intenso rispetto al precedente, nel caso di una fase dispersa estremamente fine, allora si procede alla valutazione della luce diffusa dalla sospensione a 90° rispetto a quella della radiazione incidente effettuando una misura nefelometrica.

E’ necessario quindi che il sistema di rivelazione sia posizionato a 90° rispetto al raggio entrante nella cella porta campione. L’apparecchiatura deve essere specifica e uno schema semplificato del nefelometro  è riportato in figura:

Esso è costituito da:

1. Sorgente continua
2. Monocromatore a filtri o a reticolo
3. Cella porta campione
4. Rivelatore  ( fototubo)

La turbidimetria e la nefelometria sono quindi due metodi ottici molto affini.

Turbidimetria

La misura turbidimetrica è una misura di assorbimento condotta nell’ambito della legge di Lambert-Beer dovuta a Johann Heinrich Lambert e August Beer poiché esiste ancora, nell’ambito di un certo intervallo di concentrazione della sospensione, una relazione sufficientemente lineare tra il logaritmo della percentuale di assorbimento e la concentrazione della sostanza sospesa.

Per la precisione della determinazione occorre che la sospensione sia dotata di notevole stabilità e non tenda nel tempo a formare un precipitato. A tale scopo si aggiungono opportuni stabilizzanti detti colloidi protettori. Questi ultimi possono essere costituiti da soluzioni acquose di elettroliti forti quali NaCl e HCl, addizionate a solventi organici quali etanolo e glicerina. Si possono aggiungere anche polimeri del tipo polivinilpirrolidone  che, aumentando la viscosità del mezzo, rallentano i processi di aggregazione e di precipitazione delle particelle. Per la costruzione della rette di taratura si riportano sugli assi rispettivamente la turbidanza in funzione delle concentrazioni dell’analita ( soluzioni standard). La precisione analitica, tuttavia non è notevole ( tra il 5 e il 10%); poiché il metodo è applicabile a soluzioni molto diluite ha trovato applicazione nella determinazione di tracce di ioni solfato, cloruro e fosfato oltre che di ioni argento, rame(II), cadmio (II), nichel (II).

Nefelometria

L’analisi nefelometrica è particolarmente idonea alla determinazione delle fasi disperse estremamente fini e che diano luogo ad un effetto Tyndall apprezzabile. La concentrazione delle soluzioni deve essere inferiore a 10^-4.

Quando un raggio incidente attraversa una sospensione colloidale molto  diluita produce un effetto Tyndall perfettamente misurabile e l’intensità della luce Tyndall risulta, entro certi limiti, proporzionale alla concentrazione della fase dispersa. Tale relazione è valida fino a che le particelle disperse non interferiscono a loro volta con la luce riflessa, assorbendola. Questa è la motivazione principale per la quale la nefelometria è applicabile a soluzioni diluite.  Come per la turbidimetria sono richieste le stesse condizioni  di stabilità della sospensione già discusse per la turbidimetria.

Le misure nefelometriche sono molto sensibili e la loro precisione è condizionata da molti fattori quali il pH del mezzo, la presenza di sostanze interferenti o che si possono adsorbire sulle particelle colloidali della sospensione. Per la costruzione della retta di taratura si riportano i valori delle intensità di luce diffusa a 90° rispetto alla direzione della radiazione entrante, in funzione della concentrazione dell’analita ( soluzioni standard). Un’ interessante applicazione riguarda la determinazione di tracce di solfati e cloruri.