溶胶的光学性质.ppt

溶胶的光学性质 一 丁铎尔效应 当一束强烈的光线射入溶胶后 在入射光的垂直方向或溶胶的侧面可以看到一发光的圆锥体 如图13 13所示 这种被丁铎尔 tyndall 首先发现的现象称为 丁铎尔效应 光束投射到分散系统上 可以发生光的吸收 反射 散射或折射 当入射光的频率与分子的固有频率相同时 则分生光的吸收 但光束与系统不发生任何相互作用时 则透过 当入射光的波长小于分散相粒子的尺寸时 则发生光的反射 若入射光的波长分散相的尺寸时 则发生光的散射现象 可见光的波长在400 700nm的范围 一般胶粒的尺寸为1 1000nm 当可见光束投射于溶液时 如粒子的直径小于可见光的波长 则发生光的散射现象 光是一种光磁波 其振动的频率很高 光的照射相当于外加电磁场作用义胶粒 使围绕分子或原子运动的电子产生被迫振动 这样被光照射的微小晶体上的每个分子 便以一次级光源的形式 向西面八方辐射出于入射光相同频率的次级光波 由此可见 产生丁铎尔相应的实质是光的散射 清晨 在茂密的树林中 常常可以看到从枝叶间透过的一道道光柱 类似这种自然界的现象 也是丁铎尔现象 这是因为云 雾 烟尘也是胶体 只是这些胶体的分散剂是空气 分散质是微小的尘埃或液滴 实例 树林中的丁铎尔现象 二 瑞利公式 假设粒子的尺寸远小于入射光的波长时 可把粒子视为点光源 可以不考虑各个粒子散射光之间的相互作用 当入射光为非偏振光时单位体积夜溶胶的散射光强度i可近似地用下列公式表示 式中io及 分别为入射光的强度及波长 v为每个分散质粒子的体积 为粒子的数密度 n及n 分别为分散质及分散介质的折射率 为散射角 即观察的方向与入射光方向间的夹角 l为观察者与散射中心的距离 由公式可知 1 散射强度与粒子大小成正比 2 分散质与分散介质的折射率相差愈小 散射愈弱 3 散射强度与入射光波长的四次方成反比 4 散射光强度与子的数密度成正比由于丁铎尔效应是胶粒对光散射作用的宏观表现 因此 可用它来鉴别真溶液 大分子溶液和溶胶 真溶液 由于粒子很小 散射光极弱 大分子溶液 虽然粒子大小与溶胶粒子大小相近 但由于它是均相体系 分散质与分散介质间的折射率相差很小 因此 丁铎尔效应远比非均相的憎液溶胶弱 可见 憎液溶胶的丁铎尔现象十分明显 大分子溶液则较弱 而真溶液则弱到难以觉察 由于一般的粗分散体系的粒子尺寸大于入射光的波长 不能产生光散射 因此 利用丁铎尔效应也可鉴别分散体系的种类 实例 为什么晴朗的天空呈蓝色 为什么雾天行驶的车辆必须用黄色灯 从瑞利散射公式可知 散射强度与入射光的波长四次方成反比 即波长越短的光散射越多 在可见光中 蓝色光的波长较红光和黄色光的波长短 因此 大气层这个气溶胶对蓝色光产生强烈的散射作用 而波长较长的黄色光则被散射少而透过的多 这就是为什么万里晴空呈现蔚蓝色和雾天行驶的汽车必须用黄色灯的原因 三 超显微镜与粒子大小的近似值测定 超显微镜是根据丁铎尔效应 用来观察溶胶粒子的存在和运动的一种显微镜 它可以观察普通显微镜观察不到的溶胶粒子 其结构和光路示意图如图所示 与普通显微镜不同 超显微镜是在垂直于入射光的方向上进行观察 因此可以看到黑暗背景中因胶粒光散射作用而呈现的发光点 应当指出 在超显微镜下看到的不是粒子本身的大小 而是其散射光 可利用超显微镜来估算胶体粒子的平均大小 通过缝隙的调节可得到光束的高度计宽度 结合样品的厚度 即可算出产生光散射的溶胶的体积 在超显微镜下直接数出该体积中含有的粒子数 即可得到粒子的数浓度 再设粒子半径为r 密