1.5.Рассеяние света (опалесценция)

Свет рассеивается микрогетерогенными системами в том случае, если размер частиц rменьше длины световой волны, а расстояние между частицами больше световой волны. При размере частицыr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и показателями преломления дисперсной фазыn₁и дисперсной средыn₂.

Эта формула имеет вид:

, (1.1)

где I₀иI– интенсивность падающего света и света, рассеянного единицей объема дисперсной системы;с– весовая концентрация дисперсной фазы;– плотность дисперсной фазы.

Из этой формулы следует, что рассеяние света тем больше, чем больше отличается показатель преломления дисперсной фазы n₁от 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, 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) наряду с электрическими возникают и магнитные поля, это осложняет картину рассеяния света системой и делает ее очень чувствительной к отношениюr/. Максимум рассеяния, согласно теории Ми, наблюдается для систем с размером частиц от 1/4 до 1/3. 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.

1.6.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,исохраняют постоянное значение. Поэтому уравнение Рэлея принимает вид:

I=kcVI_0,(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 h₁иh₂. Если объем коллоидных частиц в обоих растворах одинаков, тоk` =kV=const. При одинаковой освещенности

I₁=I₂=k`c<sub>1</sub>I<sub>01</sub>=k`c₂I₀₂, (1.3)

где I₀₁ иI₀₂– сила света, падающего на сосуды с разной концентрацией исследуемых коллоидов с₁и с₂. Преобразуя (1.3), получим:

с₁ = с₂, (1.4)

где h₁иh₂– 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.