Оптические методы исследования коллоидных систем

⇐ ПредыдущаяСтр 102 из 115Следующая ⇒

В настоящее время оптические методы являются наиболее распространенными методами определения размера, формы и концентрации коллоидных частиц. Это объясняется быстротой, удобством этих методов и точностью получаемых результатов.

Грубые дисперсные системы обычно исследуют с помощью светового микроскопа. Однако высокодисперсные частицы коллоидных растворов в световой микроскоп не видны. К наиболее часто применяемым методам исследования высокодисперсных коллоидных систем относятся ультрамикроскопия, нефелометрия и турбидиметрия.

Турбидиметрия ( фотометрия)

Интенсивная окраска коллоидных растворов позволяет определять их концентрацию, если существует прямопропорциональная зависимость между оптической плотностью (в максимуме поглощения) и концентрацией золя, описываемаязаконом Бугера – Ламберта – Бера:

А = k × с_золя× l, (9.100)

где k – коэффициент поглощения, учитывающий и поглощение и рассеяние света. (k может принимать значения от нескольких единиц до десятков тысяч.

Измерив оптическую плотность А на фотометре можно определить концентрацию частиц (например, с помощью построения градуировочного графика по стандартным растворам определяемого вещества)

Метод определения концентрации вещества в растворе по величине оптической плотности называется фотометрией. Если золи не окрашены, то кажущееся поглощение света обусловлено его частичным рассеиванием, системы характеризуются мутностью. Метод, основанный на измерении оптической плотности мутных систем, называется турбидиметрией. Турбидиметрию используют для определения концентрации частиц в дисперсных системах, для определения мутности дисперсных систем (например, в методе спектра мутности) и для других целей.

Ультрамикроскопия

Коллоидные частицы нельзя увидеть в микроскопе в проходящем свете, т.к. сами они слишком малы, а рассеянный частицей свет слаб и не заметен на фоне проходящего света. Если рассматривать частицы в микроскоп на темном фоне при боковом освещении, то можно увидеть светящиеся точки, центром которых являются коллоидные частицы. Сконструированный на этом принципе прибор называется ультрамикроскопом, а оптический метод изучения систем, содержащих частицы коллоидных размеров, называется ультрамикроскопией. Этот метод был предложен в 1903 г. австрийским химиком Р. Зигмонди и немецким физиком Г. Зиденгопфом. Схема ультрамикроскопа изображена на рис. 9.45.

Небольшой плоскостенный сосудик (кювета) 1 с коллоидным раствором освещают сбоку интенсивным пучком света от электрической дуги 2, проходящим через линзы 3, и наблюдают при помощи микроскопа 5 на темном фоне коллоидные частицы. Между линзами 3 помещена диаграмма (щель) 4, позволяющая освещать в кювете строго определенный объем золя.

При наблюдении в ультрамикроскоп коллоидные частицы видны на темном фоне как светящиеся точки, находящиеся в состоянии броуновского движения.

При помощи ульрамикроскопа можно определить число частиц, их форму и размеры.

Рис. 9.45. Устройство ультрамикроскопа

Нефелометрия

Данный метод используется для определения концентрации частиц, основанный на измерении интенсивности света, рассеянного под углом 90⁰, называется нефелометрией.

Интенсивность светорассеяния зависит от степени дисперсности и концентрации золя. Измерение светорассеяния проводят в приборах, называемых нефелометрами.

С помощью нефелометров определяют относительную яркость света, рассеянного под углом 90⁰ в исследуемом растворе, по сравнению с яркостью света в стандартном растворе (рис. 9.46).

Рис. 9.46. Устройство нефелометра

Нефелометр имеет два одинаковых цилиндрических сосудика, один из которых наполняется исследуемым коллоидным раствором, а другой – стандартным. Сосудики освещаются сбоку сильным пучком параллельных лучей, при этом наблюдается явление Фарадея – Тиндаля. Рассеянный золем свет попадает в оптическую часть прибора, находящуюся над сосудиками. Если золи имеют разную концентрацию, то интенсивность их светорассеяния будет различна и в окуляре будут видны два различно освещенных полукруга: один – темнее, другой – светлее. Интенсивность рассеянного света пропорциональна числу частиц в единице объема. Поэтому освещенность полукругов будет одинаковой в том случае, если пучки лучей, падающих в исследуемый и стандартный золь, будут рассеяны одинаковым числом частиц. Тогда для золя с меньшим числом частиц в единице объема высота столба жидкости должна быть больше, а для золя с большим числом частиц высота столба жидкости должна быть меньше. Таким образом, при условии, что освещенность обоих полукругов одинакова, отношение высот должно быть пропорционально числу частиц в единице объема

n₁ × h₁ = n₂× h₂;

(9.101)

Из соотношения (9.2.36) находят искомую концентрацию.

Таким образом, для дисперсных систем характерно явление рассеяния света, которое проявляется в виде эффекта Тиндаля (свечение луча света в коллоидном растворе). Этот эффект может быть использован для идентификации коллоидных систем, поскольку в истинных растворах рассеяние света не происходит. Рассеяние света описывается уравнением Релея. Наряду с рассеянием света в дисперсных системах происходит поглощение света, которое описывается уравнением Бугера-Ламберта-Бера. Явления поглощения и рассеяния света используются для исследования дисперсных систем в таких методах, как ультрамикроскопия, нефелометрия, турбидиметрия.

⇐ Предыдущая 97 98 99 100 101102103 104 105 106 Следующая ⇒