VII.3 Применение уравнения Рэлея к определению концентрации и размеров частиц золей.

Если учесть, что

а) ν V = с_об,

где с_об - объемная концентрация;

б) К = ; (VII.2)

в) в фотоколориметрах, в которых исследуется рассеяние света, всегда α = 90⁰ (sin²α =1), то запишем:

Vс_об = ^. (VII.3)

На измерительной шкале электрофотоколориметра верхняя шкала соответствует выражению

τ = ^. 100,

где τ - коэффициент светопропускания.

Уравнение (VII.3) позволяет определить концентрацию частиц золя при V = const :

= ^. (VII.4)

Это же уравнение (VII.3) в форме:

V = (VII.5)

используется для определения объема частиц V и для сферических частиц из уравнения V = 4/3πr³ определить радиус частиц. Для этого измеряется τ для золей с разной с_об. Расчет V и r проводится для значений τ/с_об при с_об= 0 (или с_об  0).

VII.4 Отличие опалесценции от флуоресценции.

Явление опалесценции коллоидных растворов по внешнему виду сходно с явлением флуоресценции, которое обнаруживают молекулярно растворенные вещества. При опалесценции и флуоресценции пучок света обнаруживается в виде яркой полосы. Но это только внешнее сходство. Флуоресценция - это внутримолекулярный процесс, состоящий в том, что молекулы флуоресцирующего вещества селективно поглощают свет определенной длины волны. Причем флуоресценция поглощается только лучами определенной для данного вещества частей спектра. Между длиной падающего света λ_пад и длиной света опалесценции λ_оп и флуоресценции λ_фл существует зависимость:

λ_пад = λ_оп, λ_пад < λ_фл. (VII.6)

VII.5 Ультрамикроскопия

Коллоидные растворы, частички которых меньше ½ λ , опалесцируют и это явление Зидентопф и Зигмонди использовали для рассмотрения частиц в ультрамикроскопе. При использовании обычного для человеческого глаза света (400 - 700 ммк) наименьшие видимые частицы 0,2 мк, т.е. коллоидные частицы в обычный микроскоп не видимы. В ультрамикроскоп мы видим их в виде светящихся точек. При чем согласно закону Рэлея наилучшие условия наблюдения под углом 90⁰ к лучу зрения. Это реализовано в ультрамикроскопе. В поле зрения ультрамикроскопа на темном фоне видны светящиеся частицы. Принципиальная схема ультрамикроскопа представлена на рис. VII.2.

Рисунок VII.2 - Принципиальная схема микроскопа.

VII.6 Конденсор темного поля.

Вместо щелевого ультрамикроскопа в последнее время для ультрамикроскопических исследований коллоидных систем получили распространение конденсоры темного поля. Схема конденсора темного поля изображена на рис. VII.3.

Параболоид - конденсор является оптической системой, близкой к форме усеченного конуса, вершиной своей направленного к объективу. Боковая поверхность этого конуса посеребрена, средняя часть нижней поверхности затемнена черным диском. Следовательно, свет может попасть в конденсор только через узкую щель, отражается от зеркальных поверхностей и затем сходится в капельке золя, помещенной на предметном стекле и покрытой покровным стеклом. Если на пути лучей не встречается препятствие, то они претерпевают полное внутренне отражение. Если на пути этих лучей встречается коллоидные частицы, то последние приобретают дифракционное свечение и становятся видимыми в поле зрения микроскопа.

Рисунок VII.3 - Схема конденсора темного поля.

На рис. VII.4 изображен квадрат, который может быть выделен в поле микроскопа.

Рисунок VII.4 - Схема определения с помощью конденсора темного поля размеров коллоидных частиц.

Параметр выделенного объема l определяется координатной сеткой микроскопа, h - определяется микрометром. Выделенный объем равен V = l² h. В этом поле подсчитывают число частиц n. В соответствии с этим частичная концентрация вычисляется из экспериментально определенных величин:

ν = . (VII.7)

Концентрация (с) равна произведению объема частицы, плотности (d) и частичной концентрации (ν) : с = V d ν, она задается при приготовлении золя.

Отсюда получим для определения объема частицы уравнение:

. (VII.8)