Оптические свойства дисперсных систем

Изучение оптических свойств коллоидных систем связано с практической задачей определения дисперсности или концентрации дисперсной фазы.

Как и молекулярные растворы, коллоидные системы поглощают и преломляют свет. Вместе с этим у них особенно ярко проявляется способность к светорассеянию (опалесценции). Объясняется эта характерная особенность соизмеримостью размеров коллоидных частиц с длиной световых волн видимой части спектра: 2r ≈ λ. Закон Рэлея устанавливает зависимость интенсивности опалесценции I от размера частиц, концентрации и показателей преломления (при r < λ):

             I =(I_o ∙ 24π³νV² / λ⁴) ∙ [ (n₁² – n_o²) / (n₁² + 2n_o²)],           (23)

где I_o  - интенсивность падающего света, ν  - число частиц в 1 м³, V = 4πr³/3 - объем каждой частицы   (м³),  λ - длина волны падающего света, n₁ и  n_o - показатели преломления соответственно дисперсной фазы и дисперсионной среды.

    Если  c = νVγ – концентрация раствора   (кг/м³), где γ – плотность, объединяя все постоянные величины в уравнении (4) в константу K, уравнение Рэлея можно записать в ином виде:

                                   I / I_o = Kcr³ / λ⁴.                                            (24)

    Отсюда следует, что отношение интенсивности рассеянного света к интенсивности падающего света, называемое мутностью (τ), пропорционально концентрации диспергированного вещества и радиусу его частиц.

    Одним из методов исследования коллоидных растворов является ультрамикроскопия. С помощью ультрамикроскопа Зигмонди можно подсчитать число частиц ν в определенном объеме золя (W).

    Светорассеяние коллоидных растворов измеряется с помощью нефелометров различных систем. В частности, нефелометрия позволяет определять концентрацию или размеры частиц дисперсной фазы. Сущность метода заключается в сравнении мутностей двух систем, концентрация (или дисперсность) одной из которых известна.

    Опалесценцию можно наблюдать не только в боковом освещении, но также измеряя интенсивность прошедшего света.

     При прохождении через систему интенсивность падающего света ослабляется вследствие поглощения или рассеяния согласно закону Ламберта – Бера

                                                  - εcd                                   

                                       I = I_o e     ,                                         (25)

где I – интенсивность падающего света, d – толщина поглощающего слоя (м), c – концентрация (кг/м3), ε - индивидуальная константа, зависящая от природы вещества, длины световой волны и не зависящая от концентрации раствора.