Световая микроскопия

Применение методов световой, электронной и ультрамикроскопии в коллоидной химии.

Оптическая неоднородность (анизотропия) дисперсных систем.

Специфика оптических свойств объектов коллоидной химии определяется их основными признаками: гетерогенностью и дисперсностью. Гетерогенность, т.е. наличие межфазной поверхности, обуславливает изменение направления световых, ионных, электронных лучей на границе раздела фаз (отражение, преломление) и неодинаковое поглощение или пропускание света сопряженными фазами.

Раздробленность обуславливает оптическую неоднородность (анизотропию) дисперсных систем и изменение интенсивности оптических явлений с ростом или уменьшением размеров частиц дисперсной фазы. Лучи направленные на грубодисперсные и микрогетерогенные системы, попадая на поверхность частиц дисперсной фазы, отражаются под различными углами, что обуславливает выход лучей из системы в разных направлениях. Прямому прохождению лучей через дисперсную систему также препятствуют многократные отражения и преломления при переходах от частиц к дисперсионной среде и наоборот.

В результате с ростом неоднородности и объема системы снижается интенсивность светопропускания и возрастает интенсивность светопреломления и светоотражения. При определенной дисперсности и концентрации дисперсной фазы наблюдается полное рассеяние света дисперсной системой (опалесценция).

Указанные оптические свойства дисперсных систем широко используются для их исследования. Оптические методы исследований используются в коллоидной химии для решения следующих задач:

- определение дисперсности систем и площади межфазной поверхности;

- изучение формы и строения элементов структур, пористости, профиля поверхности;

- определение толщины слоев, их состава и природы сил взаимодействующих компонентов при адсорбции и адгезии;

- изучение структуры слоев и ее дефектов, механических, электрических и других свойств систем.

Оптические методы исследований дисперсных систем подразделяют на две группы.

1) Методы микроскопии – световая, электронная и ультра микроскопия.

2) Методы, основанные на светорассеянии – турбидиметрия и нефелометрия.

Из всех оптических методов световая и электронная микроскопия позволяют исследовать наиболее широкий круг дисперсных систем как по размерам частиц, так и по агрегатному состоянию фаз. Разрешающая способность световой микроскопии составляет:

d = (k * l) / (n * sin a),

(8.1)

где k – постоянная, определяемая условиями освещения;

l - длина волны падающего света;

n – показатель преломления среды;

a - угол апертуры.

Исходя из приведенной формулы, разрешающая способность существующих световых микроскопов составляет не менее 0,5 мкм. Для повышения разрешающей способности метода световой микроскопии используют следующие приемы:

- освещение объекта потоком УФ-лучей;

- наблюдение объекта под слоем иммерсионного масла (увеличение численной апертуры микроскопа).

Указанные приемы позволяют понизить минимальный размер наблюдаемых объектов до 100 нм. Метод световой микроскопии используют в коллоидной химии для проведения дисперсионного анализа порошков; определения линейных размеров кристаллов и других микроструктур; дефектоскопии твердых материалов.

Экспериментальные методики световой микроскопии классифицируют по способам освещения исследуемого объекта:

1) Освещение объекта в проходящем свете используют при рассмотрении окрашенных объектов или при использовании иммерсионных препаратов.

2) Освещение в отраженном свете применяют для непрозрачных объектов.

Определение линейных размеров объектов при дисперсионном анализе суспензий и золей, порошков, эмульсий проводят прямым измерением (с использованием окуляр-микрометров); методом сравнения исследуемого объекта со стандартным объектом (с известными размерами), помещенными в одно поле зрения; методом счета. Метод счета удобно использовать при изучении частиц малых размеров. Линейный размер объекта – длину ребра куба l (для частиц кубической формы) или радиус r (для частиц сферической формы) можно рассчитать по формулам: