溶膠的光學(xué)性質(zhì)

1、溶膠的光學(xué)性質(zhì) 一一.丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng) 當(dāng)一束強烈的光線射 入溶膠后，在入射光 的垂直方向或溶膠的 側(cè)面可以看到一發(fā)光 的圓錐體（如圖13-13 所示）。這種被丁鐸 爾(tyndall)首先發(fā)現(xiàn)的 現(xiàn)象稱為丁鐸爾效應(yīng)。 光束投射到分散系統(tǒng)上，可以發(fā)生光的吸收、反 射、散射或折射。當(dāng)入射光的頻率與分子的固有 頻率相同時，則分生光的吸收吸收；但光束與系統(tǒng)不 發(fā)生任何相互作用時，則透過透過；當(dāng)入射光的波長 小于分散相粒子的尺寸時，則發(fā)生光的反射反射；若 入射光的波長分散相的尺寸時，則發(fā)生光的散射散射 現(xiàn)象。 可見光的波長在400700nm的范圍，一般膠粒 的尺寸為11000nm，當(dāng)可見光束投射于

2、溶液時， 如粒子的直徑小于可見光的波長，則發(fā)生光的散 射現(xiàn)象。 光是一種光磁波，其振動的頻率很高，光的照射 相當(dāng)于外加電磁場作用義膠粒，使圍繞分子或原 子運動的電子產(chǎn)生被迫振動，這樣被光照射的微 小晶體上的每個分子，便以一次級光源的形式， 向西面八方輻射出于入射光相同頻率的次級光波， 由此可見，產(chǎn)生丁鐸爾相應(yīng)的實質(zhì)是光的散射由此可見，產(chǎn)生丁鐸爾相應(yīng)的實質(zhì)是光的散射。 清晨，在茂密的樹林 中，常常可以看到從 枝葉間透過的一道道 光柱，類似這種自然 界的現(xiàn)象，也是丁鐸 爾現(xiàn)象。這是因為云， 霧，煙塵也是膠體， 只是這些膠體的分散 劑是空氣，分散質(zhì)是 微小的塵埃或液滴。 實例：樹林中的丁鐸爾現(xiàn)象 二

3、二.瑞利公式瑞利公式 假設(shè)粒子的尺寸遠(yuǎn)小于入射光的波長時，可把粒 子視為點光源，可以不考慮各個粒子散射光之間 的相互作用。當(dāng)入射光為非偏振光時單位體積夜 溶膠的散射光強度i可近似地用下列公式表示： 式中 io 及分別為入射光的強度及波長；v 為每 個分散質(zhì)粒子的體積； 為粒子的數(shù)密度；n 及 n 分別為分散質(zhì)及分散介質(zhì)的折射率； 為散射 角，即觀察的方向與入射光方向間的夾角；l 為觀 察者與散射中心的距離。由公式可知： (1)散射強度與粒子大小成正比。 (2)分散質(zhì)與分散介質(zhì)的折射率相差愈小，散射愈 弱。 3)散射強度與入射光波長的四次方成反比。 （4）散射光強度與子的數(shù)密度成正比 由于丁鐸爾

4、效應(yīng)是膠粒對光散射作用的宏觀表現(xiàn)， 因此，可用它來鑒別真溶液，大分子溶液和溶膠。 真溶液：由于粒子很小，散射光極弱。 大分子溶液：雖然粒子大小與溶膠粒子大小相近， 但由于它是均相體系，分散質(zhì)與分散介質(zhì)間的折 射率相差很小，因此，丁鐸爾效應(yīng)遠(yuǎn)比非均相的 憎液溶膠弱。 可見：憎液溶膠的丁鐸爾現(xiàn)象十分明顯；大分子 溶液則較弱；而真溶液則弱到難以覺察。 由于一般的粗分散體系的粒子尺寸大于入射光的 波長，不能產(chǎn)生光散射。因此，利用丁鐸爾效應(yīng) 也可鑒別分散體系的種類。 實例： 為什么晴朗的天空呈藍(lán)色？為什么霧天行駛的車為什么晴朗的天空呈藍(lán)色？為什么霧天行駛的車 輛必須用黃色燈？輛必須用黃色燈？ 從瑞利散射

5、公式可知，散射強度與入射光的波長 四次方成反比，即波長越短的光散射越多。在可 見光中，藍(lán)色光的波長較紅光和黃色光的波長短， 因此，大氣層這個氣溶膠對藍(lán)色光產(chǎn)生強烈的散 射作用，而波長較長的黃色光則被散射少而透過 的多。這就是為什么萬里晴空呈現(xiàn)蔚藍(lán)色和霧天 行駛的汽車必須用黃色燈的原因。 三三.超顯微鏡與粒子大小的近似值測定超顯微鏡與粒子大小的近似值測定 超顯微鏡是根據(jù)丁鐸 爾效應(yīng)，用來觀察溶 膠粒子的存在和運動 的一種顯微鏡。它可 以觀察普通顯微鏡觀 察不到的溶膠粒子， 其結(jié)構(gòu)和光路示意圖 如圖所示。 與普通顯微鏡不同，超顯微鏡是在垂直于入射光 的方向上進行觀察，因此可以看到黑暗背景中因 膠粒光散射作用而呈現(xiàn)的發(fā)光點。應(yīng)當(dāng)指出，在應(yīng)當(dāng)指出，在 超顯微鏡下看到的不是粒子本身的大小，而是其超顯微鏡下看到的不是粒子本身的大小，而是其 散射光。散射光。 可利用超顯微鏡來估算膠體粒子的平均大小。通 過縫隙的調(diào)節(jié)可得到光束的高度計寬度，結(jié)合樣 品的厚度，即可算出產(chǎn)生光散射的溶膠的體積。 在超顯微鏡下直接數(shù) 出該體積中含有的粒 子數(shù)，即可得到粒子 的數(shù)濃度。再設(shè)粒子 半徑為