Рассеяние света в растворах больших частиц

Оптические свойства коллоидных систем. Давно было замечено, что путь светового луча, проходящего через совершенно прозрачный коллоидный раствор золота, становится видимым, если рассматривать его сбоку на темном фоне. Это явление получило название эффекта Тиндаля (рис. 186) оно вызывается рассеянием света коллоидными частицами. Подобное явление, вероятно, знакомо каждому, кто наблюдал за световым лучом, проходящим тонким пучком в темном помещении (например, в кинотеатре), или за лучом прожектора иа темном фоне ночного неба. Луч виден со стороны только в тех случаях, когда на пути его имеются в большом числе мелкие частицы пыли или тумана, рассеивающие свет. [c.535]

Необходимо отметить, что уравнение Дебая применимо только для сильно разбавленных растворов полимеров, когда с < 0,1 %. При этом оно выполняется только в том случае, если размеры макромолекуляр-ных клубков не превышают 40—50 нм, т. е. меньше 1/10Х. При больших размерах рассеиваюш,их частиц в них возникает внутримолекулярная интерференция и суммарная интенсивность светорассеяния системой уменьшается. В результате при расчете по уравнению (V. 32) получаются заниженные значения молекулярной массы. Для определения истинных значений М в таких системах необходимо учесть зависимость интенсивности рассеянного света от угла 0 [см. уравнение (IV. 1)] и в уравнение Дебая ввести соответствующую поправку. [c.147]

В результате наблюдается рассеяние света (т. е. неупорядоченное, направленное равномерно во все стороны отражение), которое называется эффектом Тиндаля в честь ирландского физика, впервые объяснившего это явление. Растворами называются смеси, в которых частицы настолько малы, что они не осаждаются, не приводят к эффекту Тиндаля и не видны даже при большом увеличении. [c.37]

Рассеяние света растворами вызвано флуктуациями показателя преломления, т. е. гомофазными флуктуациями плотности и концентрации оно описывается закономерностями, установленными Эйнштейном [161 и Дебаем [17]. Рассеяние света системами, содержащими частицы дисперсных фаз (в том числе и гетерофазные флуктуации достаточно большого размера), подчиняется существенно иным закономерностям Ми [18, 19], учитывающим наличие постоянной разности показателей преломления. [c.319]

РАССЕЯНИЕ СВЕТА В РАСТВОРАХ БОЛЬШИХ ЧАСТИЦ [c.215]

Рассеяние света в растворах больших частиц [c.215]

Рассеяние света и флуоресценция образца. Большие ошибки в измерении поглощения может внести рассеяние света молекулами растворенного вещества. Оно прямо пропорционально размеру частиц и поэтому проявляется при изучении спектров макромолекул в растворе, суспензий и взвесей. Интенсивность рассеяния изменяется с длиной волны как 1Д и поэтому особенно сказывается в области коротких длин волн. Типичный спектр вещества с большой-степенью рассеяния и тот же спектр за вычетом рассеянного света представлены на рис. 10. [c.21]

В основе многих классических методов исследования дисперсных систем, в частности изучения размеров коллоидных частиц растворов технических продуктов, используемых в производстве пластических смазок, в лакокрасочной промышленности и других случаях применения, лежит измерение светорассеяния. Однако исследование указанным методом нефтяных дисперсных систем часто осложнено либо вовсе невозможно вследствие значительного поглощения света и больших величин оптической плотности исследуемых систем. В подобных случаях оптические исследования осуществляются при разбавлении систем, пренебрегая вторичным рассеянием света. [c.83]

Вместе с тем коллоидные растворы, подобно истинным, могут оставаться практически прозрачными при исследовании их под микроскопом в проходящем свете они не обнаруживают неоднородности, оставаясь оптически пустыми . Многим из них, в том числе и коллоидным растворам серы, свойственно явление опалесценции, которое возникает вследствие рассеяния проходящего света частицами коллоида. Броуновское движение как результат теплового движения молекул характерно и для коллоидных растворов, хотя частицы их по величине и массе значительно больше обычных молекул. [c.203]

Когда раствор содержит большие частицы (размер которых много больше длины волны падающего света), рассеяние света — это просто отражение падающего света во всех направлениях от поверхности частиц, играющих роль множества маленьких зеркал. Именно так рассеивают свет пылинки в луче, проходящем через темную комнату. Когда же размер частиц уменьшается до коллоидных размеров, явление становится гораздо более сложным. Рассмотрим сравнительно простой случай рассеяния света маленькими сферическими непроводящими частицами, который был впервые исследован теоретически английским физиком Релеем в 1871 г. [c.19]

Из уравнения 13.9 видно, что чем меньше длина волны падающего излучения, тем больше будет рассеяние. Следовательно, если на частицу падает белый свет, то наибольшее рассеивание будут испытывать синие и фиолетовые компоненты. Поэтому если пропускать через коллоидную систему белый луч, то в проходящем свете раствор будет окрашен в красноватый цвет, а в боковом, отраженном, — в голубой. Это хорошо видно на золях мастики, серы. [c.313]

Если один из размеров молекулы сравним с длиной волны света, то молекула больше не участвует в рассеянии света как единичная точка, и между световыми волнами, рассеянными различными частями молекулы, происходит интерференция. Обнаружено, что большие молекулы рассеивают больше света в направлении пучка, чем малые молекулы. Таким образом, для больших молекул или частиц угловая зависимость рассеянного света дает информацию о форме молекул. Развитие лазерной техники (разд. 18.11) сделало возможным изучение уширения линий света, рассеянного растворами макромолекул. Измерение спектра рассеянного света позволяет определить коэффициент диффузии [18]. [c.621]

К концу XIX в. в области физики и классической физической химии был выполнен ряд фундаментальных исследований, сыгравших позднее большую роль в развитии коллоидной химии. В их числе необходимо назвать труды Лапласа (1806, теория капиллярности), Гиббса (1878, правило фаз, теория поверхностных явлений), Рэлея (1871, теория рассеяния света), Эйнштейна (1905, теория броуновского движения, теория вязкости суспензий), Смолуховского (1906, теория броуновского движения) и др. Работы Перрена (1908) и Сведберга (1912) экспериментально обосновали молекулярное строение вещества и теорию Эйнштейна—Смолуховского, а при помощи ультрамикроскопа Зигмонди (1903) удалось непосредственно наблюдать мельчайшие частицы в коллоидных растворах. [c.9]

Зная концентрацию золя и измерив абсолютные зна чения интенсивностей падающего и рассеянного света, можно вычислить средний объем частицы. Но абсолютные значения / и /о определить сложно. Поэтому большое распространение получили относительные методы нефелометрии. Опалесценцию исследуемого раствора I с помощью нефелометра сравнивают с опалесценцией стандартного раствора той же концентрации, объем частиц в котором известен. Тогда [c.97]

Большое значение имеет объем частиц, рассеивающих свет. Поэтому при приготовлении мутных растворов обязательным является одинаковый порядок сливания как в случае стандартного раствора, так и в случае исследуемого раствора, а также и другие одинаковые условия. При соблюдении всех условий приготовления суспензий одного и того же вещества в одном и том же растворителе отношение интенсивностей рассеянного света в двух растворах равно отношению количества частиц в этих растворах. [c.94]

При наложении на дифракцию света на частицах других световых явлений, в частности поглощения света частицами, окраска системы в отраженном и проходящем свете искажается. Если частицы системы под действием света возбуждаются до более высоких энергетических уровней, то, переходя на низшие энергетические уровни, они будут излучать свет уже другой длины волны. Это явление называется флуоресценцией. В этом случае рассеянный свет отличается от падающего света не только иным распределением относительной интенсивности линий, но и появлением в нем других линий. В реальных условиях все указанные световые эффекты в той или иной мере налагаются друг на друга, однако для каждой конкретной системы один из них является преобладающим. Отражение света от частиц наблюдается в том случае, когда линейные размеры частиц значительно больше длины волны падающего света. К системам такого рода относятся грубые суспензии и эмульсии, мелкие кристаллики льда, образующиеся в воздухе в туманные морозные дни, частицы пыли в воздухе и др. Так как частицы в указанных системах совершают хаотическое (броуновское) движение, то отражаемый ими свет распространяется равномерно во все стороны, т. е. рассеивается. Если линейные размеры частиц меньше длины волны падающего на них света, то последний претерпевает дифракцию, т. е. огибает эти частицы и, следовательно, рассеивается. Коллоидные частицы, имеющие размеры от 10 до 10 м (10—1000 А), удовлетворяют этому требованию. Поэтому рассеяние света коллоидными растворами обусловлено не отражением его от частиц, как это наблюдается в грубых суспензиях и эмульсиях, а дифракцией на этих частицах. [c.334]

Таким образом, чем больше радиус частиц, на которых наблюдается дифракция света, или чем меньше степень дисперсности дисперсной фазы, тем больше интенсивность рассеянного света, т. е. тем интенсивнее опалесценция раствора. Это справедливо только для такого интервала изменения степени дисперсности дисперсной фазы, в котором линейные размеры рассеивающих частиц остаются меньше длины волны света. В противном случае формула Рэлея становится неверной. Так как размеры коллоидных частиц больше размеров молекул низкомолекулярных веществ примерно в 100 раз, то истинные растворы таких веществ рассеивают свет слабее коллоидных растворов примерно в 1 ООО ООО раз. [c.335]

Основываясь на результатах Коновалова и пользуясь представлениями статистической механики, М. Смолуховский [38] ввел представление о флюктуациях концентрации. Так как работа, необходимая для изменения концентрации раствора вблизи критической температуры растворения очень мала, то местные отклонения концентрации от среднего значения имеют большую степень вероятности. Под влиянием теплового движения в растворе спонтанно образуются области, содержащие избыточное или же, наоборот, заниженное количество частиц какого-либо из компонентов раствора, т. е. флюктуации концентрации. Это вызывает соответствующие флюктуации показателя преломления и как следствие— интенсивное рассеяние света, т. е. помутнение, опалесценцию. [c.143]

Подготовка пробы масла для измерения светорассеяния в этом случае состоит в следующем. Масло предварительно подогревают до 60—70 °С и тщательно перемешивают. После этого в коническую колбу вместимостью 200 см помещают 0,1—0,3 г масла, разбавляют изооктаном в отношении 1 250 и определяют оптическую плотность пробы. Если ее значение меньше 0,5, то полученным раствором заполняют кювету и измеряют индикатрису рассеяния. При большем значении оптической плотности пробы увеличивают разбавление. В табл. 4.5 представлены индикатрисы рассеяния света частицами [c.110]

Теория малоутловой дифракции исходит из представлений, близких к применяемым в теории рассеяния света растворами макромолекул (с. 82). Теория позволяет связать наблюдаемую под теми или иными углами интенсивность рассеяния, т. е. его индикатрису с расстояниями между рассеивающими частицами. Для определения формы макромолекулы приходится задаться некоторыми о ней предположениями — представить макромолекулу в виде шара, эллипсоида или вытянутого цилиндра. Для таких, а также для других простых тел вычисляется индикатриса рассеяния как функция геометрических параметров макромолекулы. Так, для шара определяется электронный радиус инерции (электронный, так как рентгеновские лучи рассеиваются электронами). Для миоглобина этот радиус оказался равным 1,6 нм, что хорошо согласуется с размерами, определенными методом рентгеноструктурного анализа кристаллического миоглобина. Если рассеивающая система вытянута, то определяется электронный радиус инерции ее поперечного сечения. По индикатрисам рассеяния определены размеры, форма и молекулярные массы ряда биополимеров. Так, лизоцим представляется эквивалентным эллипсоидом вращения с размерами 2,8 X 2,8 X 5,0 нм . Более детальная информация о форме однородных частиц получается из анализа кривых рассеяния под большими углами (от [c.136]

В растворе с Si02/P20 = 3,3 примерно 39 % всего кремнезема находится в виде полимерной формы, а 61 % — в виде мономера. При степени полимеризации около 15 для полимерной формы усредненная молекулярная масса составляет 300 (криоскопиче-ские данные, метод рассеяния света). Следовательно, коллоидные частицы присутствуют в растворе силиката натрия, если SiOj/ НгО> 2, и при больших отношениях основная часть SIO2 находится в растворе в виде полисиликат-ионов или частиц с d<30 нм. [c.37]

По Генстенбергу, в растворах больших частиц можно производить вместо измерений рассеяния света в зависимости от угла рассеяния, измерения при постоянном угле рассеяния для различных длин волн падающего света. [c.159]

Поскольку интенсивность рассеянного света в большей степени зависит от размера частиц г и преломления света на них JV", нефелометрический метод обычно применяется доя измерения малоконцентрированных суспензий (природная вода, различные растворы, вода после фильтров). Для однородных дисперсных систем можно считать (/о, N, г, d, ) = onst, тогда /р = кС, что и используется в мутномерах-нефелометрах. При (/о. А, d,X, С) = onst Ip = kr , что позволяет измерять средний размер частиц. [c.16]

При проведении измерений рассеяния света растворами макромолекул в смешанных растворителях часто обнаруживается, что кажущийся молекулярный вес растворенного вещества, рассчитанный по соотношению (V-39), изменяется в зависимости от типа используемого растворителя. Хотя такое варьирование может до некоторой степени отражать молекулярную ассоциацию растворенных частиц (гл. VIII), колебание кажущихся молекулярных весов наблюдается во многих случаях, в которых такая ассоциация почти невероятна. Анализ этого явления впервые был проделан Эвартом и др. [633], которые показали, что его можно объяснить оптическими эффектами, вызванными концентрацией термодинамически лучшего растворителя в областях, занятых макромолекулами. Этот принцип можно продемонстрировать на типичном полимере с показателем преломления n , растворенном в двух растворителях с показателями преломления ni и Пз, где Пз > Пд > ni, а Па больше показателя преломления смешанных растворителей. Примем для простоты, что взаимодействие компонентов не оказывает влияния на величину их показателей преломления, и, таким образом, наблюдаемый показатель преломления п является линейной функцией состава системы. В таком случае точный молекулярный вес но данным светорассеяния можно получить лишь в том случае, если соотношение концентраций двух растворителей в области, занятой полимером, будет таким же, как во всей системе в целом. Только тогда макроскопически определенное значение dnld представляет точную разность показателей преломления луча света при прохождении из среды смешанных растворителей в область, занятую макромолекулой. Если макромолекула предпочтительно поглощает компонент 3, то эффективный показатель преломления полимерной области возрастает, а показатель преломления смежных областей понижается. Это приведет к увеличению интенсивности рассеяния света и к повышению кажущегося молекулярного веса. Наоборот, если макромолекулы связывают компонент 1, то разность показателей преломления полимерной области и смен ных областей будет уменьшаться, что приводит к уменьшению кажущегося молекулярного веса. Поэтому переменный кажущийся молекулярный вес может быть использован для изучения относительного сродства полимеров к компонентам системы, состоящей из смешанных растворителей. Согласно анализу Штокмайера [634], для трехкомнонентной системы кажущийся молекулярный вес Mg связан с истинным значени- [c.220]

Длина отдельных частиц, выделенных указанным выше способом из целлюлозы, изменяется в зависимости от природы образца. Однако самыми типичными данными считают результаты, полученные Рэн-би при исследовании древесных волокон, который показал, что длина частиц составляет 460 А, а ширина 73 А. Эти размеры очень хорошо соответствуют величинам кристаллитов в исходной ненарушенной структуре размеры кристаллитов целлюлозы были определены Генгстенбергом и Марком по уширению рефлексов на рентгенограммах. Дополнительные сведения о расположении молекул целлюлозы в таких частицах удалось получить, используя метод микродифракции электронов от отдельных частиц. Оказалось, что макромолекулярные цепи располагаются в направлении большой оси частицы. Отсюда, зная ширину частицы — 73 А, можно рассчитать, что в отдельном таком пучке, являющемся составной частью кристаллита, содержится приблизительно 100—150 отрезков цепей. Для проверки таких представлений можно растворить кристаллические частицы в соответствующем растворителе и затем сравнить длину молекул в таком растворе, которую оценивают осмо-метрическим методом или методом рассеяния света, с длиной частиц, рассчитанной по данным электрон- [c.22]

При опреде,яении молекулярных характеристик методом светорассеяния следует обращать особое внимание на очистку исследуемых растворов. Поскольку интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату объема частиц, наличие примесей, имеющих большие размеры, чем рассеивающие свет частицы, может вызвать значител1.ные погрешности при обработке экспериментальных данных. Обычно очистку растворов проводят фильтрованием через стеклянные пористые или бактериальные фильтры, используют также метод центрифугиров.зния. [c.148]

Если частицы распределенного вещества имеют размеры порядка 1 — 100 нм, такие дисперсные системы называются коллоидными растворами, или золями. Частицы, образующие коллоидный раствор, нельзя увидеть в обычный микроскоп, но их можно различить в ультрамикроскопе, где свет падает сбоку или сзади, в результате чего в поле зрения вндны светлые точки, соответствующие рассеянию света диспергнрованныхми частицами. В определенных условиях коллоидные растворы могут распадаться с образованием взвесей и затем расслаиваться. К коллоидным растворам относятся некоторые системы, играющие большую роль в живой природе и в технике, например растворы белков в воде, некоторые клеи и т. д. [c.77]

При коагуляции число частиц уменьшается, но при этом, как минимум во столько же раз, увеличивается их объем. В итоге, согласно формуле Релея (3.17.3), интенсивность светорассеяния увеличится пропорционально объему частиц (т. е. среднему числу первичных частиц в одной флокуле) который растет, как известно из законов кинетики коагуляции, пропорционально времени. В целом этот вывод подтверждается измерениями зависимости интенсивности светорассеяния от времени, прошедшего от начала коагуляции (введения электролита), а также независимыми прямыми измерениями числа частиц (флокул) в ультрамикроскоп. Имеются, однако, принципиально важные отклонения от прямой пропорциональной зависимости. Отклонения наблюдаются уже на первых этапах коагуляции, и они тем сильнее, чем дальше заходит процесс коагуляции. Интенсивность рассеяния света сильно коагулированным раствором во много раз меньше, чем это следует из формулы Релея. Тому есть ряд причин, и самая очевидная — выход размера флокул за пределы действия закона релеевского рассеяния. Крупные флокулы с размером больше длины волны рассеивают свет совсем по другим законам. В случае очень крупных частиц (флокул) действуют законы геометрической оптики, согласно которым распространение луча света регламентируется явлениями отражения и преломления света на частицах, а не его рассеянием. Однако наиболее важна другая причина нелинейной зависимости светорассеяния от размера (массы) флокул. Она заключается в том, что флокулы коагулята — это рыхлые объекты. В рамках теории Релея это обстоятельство отразится на вели- [c.747]

На рис. Х1-14 приведены зависимости, описывающие физические свойства раствора додецилсульфата натрия — типичного коллоидного электролита [38, 39]. Как видно из этого рисунка, наиболее значительные изменения физических свойств соответствуют области так называемой критической концентрации мицеллообразевания (ККМ). Приблизительное постоянство,осмотического давления при концентрации детергента выше ККМ показывает, что в этих условиях протекает процесс, весьма сходный с выделением новой фазы. И хотя на самом деле никакого значительного разделения фаз здесь не наблюдается, резкое З/ величение рассеяния света свидетельствует о переходе системы в коллоидное состояние. Предложено хорошо аргументированное объяснение, согласно которому в области ККМ начинается агрегация длинноцепочечных электролитов в довольно большие заряженные частицы. Такие частицы обычно называют мицеллами. Детальное рассмотрение физической химии мицеллообразования несколько выходит за рамки этой книги. Однако это явление столь характерно для растворов детергентов, что о нем необходимо сказать хотя бы несколько слов. [c.380]

Микроскопический анализ коллоидных систем. Так как размеры коллоидных частиц меньше длины волны видимого света, то увидеть их при помощи обычного микроскопа невозможно. Однако каждая коллоидная частица, вызывая дифракцию падающего на нее света, посылает в окружающую среду сигнал в виде рассеянного света. Световые сигналы, посылаемые отдельными коллоидными частицами, очень слабы и гюэтому, чтобы их увидеть, необходимо освещать раствор интенсивным пучком света (ибо так как чем больше интенсивность падающего света, тем больше и интенсивность [c.337]

В пространстве. Поэтому для объяснения свойств растворов требуется изучить распределение частиц в растворе, или внутреннее строение раствора, и силы, действующие между частицами. С этой целью приходится обращаться к другим методам химии и физики. Так, например, препаративные методы неорганической, органической и аналитической химии позволяют в ряде случаев установить наличие в растворах химических соединений между компонентами, что указывает на большую роль химических сил в таких растворах и проливает свет на их строение. Исследование спектров комбинационного рассеяния и спектров поглощения света также позволяет судить о наличии или отсутствии химических соединений в растворах. Изучение интенсивности и степени деполяризации молекулярного рассеяния света дает сведзния о характере пространственного распределения частиц в растворах. Еще более детальные данные о взаимном расположении частиц получаются из измерений рассеяния рентгеновских лучей и т. д. [c.202]

V — объем частицы, рассеивающей свет (5 — угол менаду падающим и рассеянным световыми потоками X — длина волны светового потока г — расстояние до наблюдателя. В процессе приготовления мутных (как стандартных, так и исследуемых) растворов соблюдают одинаковый порядок их сливания. Другие условия (напр., концентрация реактива, кислотное число, температура) также должны быть идентичными. Однако в стандартном и исследуемом растворах редко образуются частицы одинакового размера. К тому жо на рассеяние света большое влияние ока- зывает форма частиц, что пе учитывается формулой Рэлея. Поэтому нефелометрический и турбидиметрический анализы применяют в тех случаях, когда нет возможности использовать достаточно хорошие снектро-фотометрические или колори,метриче-ские методы, напр., для определения 80 и С1 . Измерение рассеянного света осуществляют с помощью спец. приборов — нефелометров, к-рые по конструкции мало отличаются от фотоколориметров и фотометров. Обычно при измерении мути неокрашенных соединений применяют зеленый светофильтр. [c.668]