Рассеяние света (опалесценция)



Свет рассеивается микрогетерогенными системами в том случае, если размер частиц r меньше длины световой волны l, а расстояние между частицами больше световой волны. При размере частицы r < l световая волна огибает частицы; происходит дифракционное рассеяние. Если размер частицы значительно больше длины световой волны, происходит отражение света.

В. Рэлей развил теорию рассеяния света дисперсными системами, в которых частицы не поглощают свет и имеют сферическую форму. В полученной формуле он связал световую энергию, рассеянную единицей объема дисперсной системы, с концентрацией частиц и их объемом V, длиной световой волны l и показателями преломления дисперсной фазы n1 и дисперсной среды n2.

Эта формула имеет вид:

,                                     (1.1)

где I0 и I – интенсивность падающего света и света, рассеянного единицей объема дисперсной системы; с – весовая концентрация дисперсной фазы; r – плотность дисперсной фазы.

Из этой формулы следует, что рассеяние света тем больше, чем больше отличается показатель преломления дисперсной фазы n1 от показателя преломления дисперсионной среды, чем больше концентрация дисперсной фазы и чем больше объем частичек. Рассеяние света очень резко зависит от длины световой волны: чем меньше длина волны, тем больше рассеяние света.

Поскольку рассеяние более коротких волн голубой части спектра происходит интенсивнее, то коллоидный раствор в проходящем свете имеет красноватую окраску, а в боковом – голубоватую.

Уравнение Рэлея справедливо для монодисперсных разбавленных коллоидных растворов при размерах частиц дисперсной фазы r < 0.1 l, т.е. r < 40-70 нм (длина волны видимой части спектра 400‑700 нм).

Более общая теория рассеяния света и соответствующие формулы, справедливые для дисперсных систем всех степеней дисперсности, были предложены Г. Ми. Он учел, что при больших размерах частиц (r > 0,1 l) наряду с электрическими возникают и магнитные поля, это осложняет картину рассеяния света системой и делает ее очень чувствительной к отношению r/l. Максимум рассеяния, согласно теории Ми, наблюдается для систем с размером частиц от 1/4 до 1/3 l. Теория Ми охватывает также системы с частицами, проводящими электрический ток, для которых формула Рэлея непригодна. По этой теории интенсивность светорассеяния проходит для проводящих частиц через максимум, положение которого зависит в основном от длины световой волны.

Известно, что если луч света проходит через большую толщу среды, светорассеяние заметно себя проявляет. Так, луч солнечного света, проходящий через большую толщу атмосферы, рассеивается, что и определяет освещенность неба и его голубой цвет, связанный с преимущественным рассеянием коротковолновой голубой части спектра. Когда солнце находится в зените, «белый» луч относительно мало обедняется лучами голубой части спектра, и поэтому мы не замечаем слегка красноватого оттенка прямых солнечных лучей. На кате солнца лучи света проходят через слой атмосферы, больший в несколько десятков раз. Поэтому «белый» луч заметно обедняется голубой частью спектра и приобретает красную окраску.

Нефелометрия

Явление опалесценции лежит в основе прибора – нефело­мет­ра, с помощью которого определяют концентрацию и среднюю величину коллоидных частиц. Для конкретных дисперсной фазы и дисперсионной среды при использовании определенного источника освещения величины n1, n2, r и l сохраняют постоянное значение. Поэтому уравнение Рэлея принимает вид:

I = kcVI0,                                                                   (1.2)

где

k .

При нефелометрическом исследовании в два одинаковых сосуда наливают одинаковые коллоидные растворы различной концентрации. Одна из концентраций известна. Оба сосуда освещаются одним источником света. Интенсивность рассеянного света сравнивается для обоих растворов. С помощью специальных затворов изменяют высоты освещенной части растворов h1 и h2. Если объем коллоидных частиц в обоих растворах одинаков, то k` = kV = const. При одинаковой освещенности

I1=I2=k`c1I01 = k`c2I02,                                                (1.3)

где I01 и I02 – сила света, падающего на сосуды с разной концентрацией исследуемых коллоидов с1 и с2. Преобразуя (1.3), получим:

с1 = с2 ,                                                     (1.4)

где h1 и h2 – высота освещенной части сосудов.

Очевидно, что , так как интенсивность падающего света пропорциональна освещенной части сосуда.

Для характеристики коллоидных частиц используется также оптическая и электронная микроскопия.

Разрешающая способность оптического микроскопа »160 нм, для электронного микроскопа – 0,3-0,5 нм.

Кроме того, широкое применение находят рентгенография и электронография.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 113;