4.Оптичні методи досліджень колоїдних систем

Явище дифракційного розсіювання світла в колоїдних системах використовують у двох важливих методах: ультрамікроскопії та нефелометрії.

Колоїдні частинки за розмірами менші, ніж довжина півхвилі видимого світла, і тому їх не можна побачити в звичайний оптичний мікроскоп, скільки б не підвищувати роздільну здатність його оптичної системи. В 1903р. Зігмонді та Зідентонф (австр.) запропонували використати ефект Тиндаля в ультрамікроскопі, основаному на спостереженні світлорозсіювання в звичайному мікроскопі. При освітлені колоїдної системи збоку світлим і тонким променем світла розсіяне окремими колоїдними частинками світло видно в мікроскопі як світлі точки на темному фоні. Для того, щоб були чітко видні окремі частинки, необхідно застосувати дуже сильне джерело світла. Золь повинен бути дуже розбавленим, інакше в мікроскопі буде видно суцільну яскраву полоску, а не окремі точки.

Ультрамікроскоп дозволяє спостерігати частинки розміром до 3 нм, тобто охоплюються практично всі колоїдні системи.

У першій половині ХХст. ультрамікроскопи застосовувались досить широко. За їх допомогою одержали багато відомостей про будову і властивості дисперсних систем. За останні десятиріччя значення ультрамікроскопів значно знизились у зв’язку зі створенням електронних мікроскопів.

Розміри і форму колоїдних частин можна визначити методом електронної мікроскопії. В електронному мікроскопі замість світлових променів використовується пучок швидко рухомих електронів. Для фокусування електронного пучка застосовуються електронні лінзи - електромагнітні котушки, що створюють електричні і магнітні поля. Збільшення зображення об'єкта проектується на екран, що світиться. Для електронного мікроскопа здатність розрізняти дрібні деталі об'єкта складає 0,2 - 0,3 нм; для оптичних мікроскопів - 200 нм. Електронний мікроскоп дозволяє спостерігати і фотографувати збільшенні в 10⁶ разів зображення молекул білків, віруси, групи атомів.

Так за допомогою цього приладу було отримано фотографію молекули бензолу, розміри якої становлять 0,5-0,6 нм. Електронна мікроскопія - це дуже цікава галузь науки, але вона дуже складна як в методичному, так і в апаратурному оснащені та до того ж дуже дорога. Обмеженість методу електронної мікроскопії полягає лише в тому, що об’єкт спостерігають при надто низькій температурі у твердому стані і в дуже тонкому шарі. Властивості системи при цьому можуть суттєво змінитися.

Другий оптичний метод досліджень колоїдних систем, що базується на порівнянні інтенсивності розсіяного світла, називається нефелометричним.

Нефелометр – прилад для визначення концентрації колоїдних розчинів.

За своєю конструкцією він дуже схожий на фотокалориметр, тому їх часто поєднують в одному приладі. Принципова різниця цих двох споріднених приладів полягає в тому, що в калориметрі промінь світла проходить безпосередньо через кювету з розчином і попадає в оптичний або в фотоелектричний приймач світла, де він кількісно реєструється.у нефелометрі кювета освітлюється збоку і в приймач попадає розсіяне світло.

Рис.9. Двокюветний нефелометр:

1 – окуляр; 2 – оптичні призми; 3 – циліндр оптичного скла; 4 – кювети з розчинами;

5 – шторки; 6 – світлові промені.

Широке застосування отримали також двокюветні прилади (рис.9). В одну із кбвет заливають розчин з відомою концентрацією, у другу – розчин, який досліджується. За допомогою діафрагм чи іншим способом об’єми розчинів, що освітлюються, змінюють доти, доки інтенсивності світла, розсіяного в обох кюветах, не співпадуть. Співвідношення об’ємів розчинів чи висот h₁ , h₂ освітлених частин кювет з розчинами обернено пропорційне концентраціям розчинів, які порівнюють:

С₂ = С₁(h₁/ h₂)

Аналогічно можна визначити ступінь дисперсності, якщо для одного золю, що є еталоном, радіус частинок відомий.