Рівняння Релея (теорія світлорозсіювання для сферичних непоглинаючих світло частинок, 1871р.)

К = І_р = К ,

де І₀ – інтенсивність падаючого світла;

n₁ – показник заломлення дисперсної фази;

n₀ – показник заломлення дисперсійного середовища;

ν – число частинок в одиниці об’єму;

λ – довжина хвилі падаючого світла.

Висновки:

• Інтенсивність розсіяного світла пропорційна четвертій степені довжини хвилі падаючого світла. Це означає, що промені світла з малою довжиною хвилі розсіюються значно інтенсивніше, ніж промені з більшою довжиною хвилі. Наприклад, безбарвні колоїдні розчини при бічному освітленні мають блакитне забарвлення тк як вони розсіюють переважно промені з короткими довжинами хвиль (блакитні і сині), тоді як промені світла з з більшими довжинами хвиль (червоні та жовті) проходять через розчин і майже не розсіюються. Колір цих променів можна побачити у прямому світлі: з’являється червоне забарвлення. Аналогічно пояснюються такі явища природи, як блакитний колір неба і червоний колір сонця на сході і заході, поява червоного коліру листя в густому лісі. Колір хлорофілу (забарвленої речовини), обумовлений накладнням тих променів, які пігмент не поглинає. В спектрі поглинання світла розчинами хлорофілу максимуми поглинання розміщені в синьо-фіолетовій ( 430 нм у хлорофілу А та 450 нм у хлорофілу Б) та червоній частинах (660 нм у хлорофілу А та 650 нм у хлорофілі Б). Ці промені поглинаються хлорофілом повністю. Поглинання блакитних, жовтих, оранжевих променів визначається концентрацією хлорофілу в розчині. При низьких концентраціях вони поглинаються частково, при высоких ‑ практично повністю. Мінімум поглинання знаходиться в зоні зеленых променів. Зовсім не поглинається хлорофілом тільки незначна частина червоних променів, які в спектрі розміщені на границі з інфрачервоними променями (далекі червоні промені). Із збільшенням концентрації хлорофілу його молекули поступово поглинають спочатку блакитні, жовті, а потім зелені промені.Тому у значному шарі розчин хлорофілу в проходящому світлі має вишнево-червоне забарвлення.

• Розсіювання світла тим більше, чим більше показник заломлення дисперсної фази n₁ відрізняється від показника заломлення дисперсійного середовища n₀. Якщо n₁ = n₀, то світло не розсіюється.

• Рівняння Релея дає змогу визначити за експериментальними даними розміри частинок, тобто їх об’єм V і радіус r, при відомій концентрації частинок ν.

• У виробництві харчової продукції використовують той факт, що тканини риби і морепродуктів виявляють вибіркові оптичні властивості: при радіаційному нагріванні враховують їх здатність поглинати випромінювання різної довжини хвилі. Знаючи ці властивості, можна підібрати найбільш ефективний тип випромінювачів, а також встановити оптимальні режими нагрівання з мінімальними витратами енергії, праці і часу.

Властивість колоїдних розчинів розсіювати світло використовується в оптичних методах кількісного аналізу для визначення концентрації золів і розмірів колоїдних частинок. Можна визначити дисперсність системи, форму і будову частинок дисперсної фази, поруватість, товщину і склад адсорбційних шарів і плівок.

Оптичні методи аналізу дисперсності – методи вивчення складу та структури дисперсних систем.

Для нефелометричного аналізу спочатку будують калібрувальний графік для серії стандартних суспензій, потім нефелометрують досліджувану суспензію і за калібрувальним графіком знаходять концентрацію речовини, яку визначають. Для вимірювання інтенсивності світла, що розсіюється, користуються нефелометрами. В основі роботи приладу покладено явище опалесценції.
Схема нефелометра: 1 – лампа розжарювання; 2 – прозора пластина; 3 – конденсор; 4 – кювета з досліджуваним розчином; 5 – світло уловлювач; 6,8 – лінзи; 7 – розсіювач; 9,10 – діафрагми; 11,12 – об’єктиви; 13,14 – ромбічні призми; 16 – світлофільтри; 17 – окуляр.
	Схема заломлення світлового променя на межі розділу двох прозорих однорідних середовищ (А); повне внутрішнє відбивання (В). Промінь світла, що переходить з одного середовища до іншого, частково відбивається від поверхні розділу, а частково переходить в інше середовище, змінюючи при цьому свій початковий напрям. Зміна напряму прямолінійного поширення світла при переході з одного середовища в інше ‑ заломлення світла, або рефракція. Заломлення світла оцінюється за величиною показника заломлення (позначається n), що дорівнює відношенню синуса кута падіння α до синуса кута заломлення β: n = .

Абсолютний показник заломлення дорівнює добутку виміряного значення показника заломлення на абсолютний показник заломлення повітря: n = 1,00027 при тиску, рівному 101325 Па і кімнатній температурі 20 С.

N = 1,00027∙n

Показник заломлення залежить від ступеня поляризації молекули, її дипольного моменту, тобто абсолютний показник заломлення відображає особливості будови молекули досліджуваної речовини і пов’язаний з діелектричною проникністю середовища ε рівнянням: ε = n².

Позначаючи показник заломлення, вказують довжину хвилі падаючого світла і температуру при якій проводиться вимірювання.

Запис n_D²⁰ означає, що показник заломлення був виміряний при 20⁰С, довжина хвилі падаючого світла 589 ммк.

Для виключення впливу зовнішніх факторів на значення показника заломлення, вводять поняття мольної і питомої рефракції. Мольна рефракція обчислюється для 1 молю, а питома рефракція – для 1 граму речовини.

Мольну рефракцію застосовують для: фізико-хімічних розрахунків; встановлення будови речовини; ідентифікації органічних речовин. Обчислюють за формулою: , де R – мольна рефракція, см3/моль;  - густина речовини; Мr – відносна молекулярна маса.	Питому рефракцію застосовують для: визначення концентрації розчину (рефракція суміші дорівнює суміші питомих рефракцій речовин, що утворюють дану суміш, взятих у вагових співвідношеннях). Обчислюють за формулою: , де r – питома рефракція, см3/г; n – показник заломлення.
Метод аналізу, який ґрунтується на визначенні показника заломлення досліджуваного розчину, називається рефрактометричним. Метод визначення показника заломлення світла за значенням граничного кута заломлення або повного внутрішнього відображення використовується в приладі - рефрактометрі, який використовується для безпосереднього вимірювання показника заломлення рідких і твердих речовин, їх середньої дисперсії та для визначення концентрації розчинів.

Оптична схема рефрактометра:

Досліджуваний розчин вміщують між площинами двох призм – освітлювальної та вимірювальної.

Від джерела світла конденсором промінь світла спрямовується на вхідну площину освітлювальної призми, потім він проходить через тонкий шар досліджуваної речовини та заломлюється на межі досліджуваної речовини та площини вимірювальної призми. Промені, що вийшли з вимірювальної призми, фокусуються об’єктивом зорової труби в її полі зору, утворюючи світлу та темну частини поля, що розділені прямою лінією. Межею світлотіні є граничні промені. Через окуляр зорової труби спостерігають: лінія світлотіні, перетин сітки та шкала. Відлік за шкалою здійснюється після усування спектрального забарвлення межі світлотіні в положенні перетину межі світлотіні і сітки.

Рефрактометр УРЛ: а – будова приладу (1 – корпус; 2 – камера, що складається з двох половин: нижньої нерухомої, верхньої рухомої; 3 – освітлювач; 4 – окуляр; 5 – шкала; 6 – дисперсний компенсатор; 7 – ручка; 8 – штуцер для термометра); б – показники внутрішньої шкали (при спостереженні в окуляр).