Рассеяние света растворенными частицами, уравнение

Рассеяние света жидкостями вообще и растворами полимеров в частности обусловлено флуктуациями плотности вследствие теплового движения частиц. Флуктуации плотности раствора приводят к оптической неоднородности среды. Появляются статистические флуктуационные образования, объемы которых малы по сравнению с величиной длины волны падающего света, взятой в третьей степени (Х ). Такие образования обусловливают возникновение осмотических сил, стремящихся к уравниванию свойств системы в каждой точке раствора. Степень рассеяния монохроматического света раствором (мутность) -г связана с осмотическим давлением реального раствора следующим соотношением, известным как уравнение Дебая [c.50]

Для растворов помимо флуктуаций плотности наблюдаются и флуктуации концентрации, которые, конечно, тоже могут являться причиной рассеяния света. Совершенно очевидно, что у коллоидных систем частицы дисперсной фазы формально также можно рассматривать как флуктуации концентрации с существованием, затянувшимся на неопределенно долгое время. Благодаря такой точке зрения возможен единый подход к объяснению светорассеяния индивидуальными жидкостями, истинными растворами и коллоидными системами и применение во всех случаях уравнения Рэлея. К вопросу о флуктуациях мы возвратимся в следующей главе. [c.38]

Анализ уравнения Рэлея показывает также, что максимальное светорассеяние происходит в системах с размером частиц г< (2- 4) 10 м, что соответствует коллоидной дисперсности (рис. 24.1). При размерах частиц более 0,1/. световой волны возрастает роль процессов отражения света. В растворах исчезает опалесценция и появляется мутность (например, в суспензиях, грубых взвесях). С другой стороны, из уравнения Рэлея видно, что с уменьшением размеров частиц интенсивность светорассеяния ослабевает пропорционально величине 1/ . Ту область размеров частиц, для которой интенсивность рассеянного света максимальна, называют рэлеевской областью. Для золей металлов ввиду сильного поглошения ими света уравнение (24.1) неприменимо. [c.390]

Уравнение Р олоя справедливо лишь для разбавленных растворов, так как оно не учитывает вторичного рассеяния света и взаимодействия между частицами. Поэтому для определения размера частиц [c.33]

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]

Следует помнить, что уравнение Рэлея справедливо для очень разбавленных растворов, так как оно не учитывает вторичного рассеяния света частицами. Поэтому стандартный раствор должен быть сильно разбавленным. Исследуемый раствор также приходится разбавлять примерно до такой же концентрации. При разбавлении коллоидной системы может произойти десорбция стабилизатора, что приведет к нарушению агрегативной устойчивости системы и к агрегации частиц, т. е. к изменению их размера. В этом случае измерение концентрации по светорассеянию невозможно. Чтобы избежать агрегации, разбавление коллоидной системы проводят раствором стабилизатора. [c.29]

Явление Тиндаля и яркие разнообразные окраски коллоидных растворов могут быть объяснены следующим образом. Если размеры коллоидных частиц меньше половины длины волны падающего света, то он подвергается рассеянию, причем интенсивность / рассеянного света выражается уравнением [c.32]

Противоположная точка зрения относительно упомянутого выше вопроса была выдвинута Шерагой и Манделькерном ". Эти авторы придерживаются той позиции, что даже жесткие макромолекулы в растворе никогда не могут рассматриваться в качестве частиц в том смысле, как описано выше. Гидродинамическая частица с объемом которая нам необходима, когда применяются уравнения Перрена, Симха и т. д., для объяснения измеренных величин коэффициента трения или вязкости, является, по их мнению, искусственно созданной и вообще не связанной с реальной молекулой. Следствием этой позиции является то, что Шерага и Манделькерн выступают противниками использования параметра б и уравнения (20-6). Дальнейшим следствием этого является запрещение всякого сравнения молекулярных размеров, рассчитанных на основании данных по процессам переноса и вязкости, с размерами реальной молекулы, которые получаются, например, из рентгено-структурного анализа или из угловой зависимости рассеяния света. С нашей точки зрения, такое сравнение обосновано при условии, что мы всегда помним, что имеем дело с [c.393]

При сравнении этих данных мы должны учитывать возможность того, что электронная микрофотография является обманчивой. Может быть, что замороженная и высушенная молекула, которую видно в электронный микроскоп, отличается от молекулы в растворе. Возможно также и то, что нити, которые соединяют шарики (и которые плохо видны), простираются за пределы крайних шариков, так что истинная молекулярная длина превышает размер 475 А, измеренный между внешними кромками шариков. Сомнения относительно точности данных, получаемых при помощи электронного микроскопа, яляются, однако, неуместными в отношении главного обстоятельства, которое выявляется при сравнении двух результатов. Это обстоятельство состоит в том, что размеры, приведенные на рис. 37, являются абсолютно возможными и не несовместимыми с гидродинамическими данными. Поскольку уравнения для интерпретации гидродинамических данных являются ограниченными в том смысле, что они требуют использования модели вытянутого эллипсоида для всех жестких частиц, из этого следует, что мы можем вычислять по гидродинамическим данным только размеры эллипсоида, наиболее точно соответствующего действительной молекуле. Различие между лучшим эллипсоидом для фибриногена и формой, данной на рис. 37, должна рассматриваться как мера неточности, которая относится ко всем формам, выведенным из гидродинамических измерений, даже когда они комбинируются с данными по рассеянию света. [c.507]

Если с принять за массовую концентрацию, то в знаменатель уравнения будет входить плотность в квадрате. Результаты анализа в данном методе могут иметь погрешности, обусловленные взаимодействием между макромолекулами в растворах. Для исключения этих погрешностей при определении молекулярной массы полимеров, мицеллярной массы ПАВ или просто массы частиц осмотически активных золей вместо метода сравнения применяют абсолютный метод Дебая. Интенсивность рассеянного света в этом методе выражают уравнением Эйнштейна, которое получается на основе учета флуктуаций оптической плотности, возникающих при изменении осмотического давления и кон- [c.305]

Таким образом, определение молекулярной массы по светорассеянию требует ряда операций 1) измерения интенсивности рассеянного света 2) определения асимметрии углового распределения интенсивности рассеянного света 3) измерения разности показателей преломления растворителя и раствора. Все измерения нужно проводить в зависимости от концентрации при определенных длинах волн. Необходимо также иметь в виду, что крупные частицы (размерами более десятой длины волны) помимо влияния на интенсивность рассеянного света и его угловое распределение могут внести некоторые изменения в приведенную формулу интенсивность рассеянного света, которая для мелких частиц обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (А,4), делается обратно пропорциональной несколько меньшей величине. Так, при диаметре частиц 1500 нм этот показатель равен не 4, а уже приблизительно 2,5. Существует график зависимости показателя п (при длине волны) от размера частиц. В случае очень крупных частиц в уравнение необходимо вносить поправку величины показателя. [c.62]

Оптические свойства коллоидов тесно связаны с размерами, формой и внутренней структурой коллоидных частиц и поэтому имеют важное значение при изучении коллоидных систем. Характерными для коллоидных систем свойствами являются дифракционное рассеяние света на коллоидных частицах (уравнение П1.1), которое используется, в частности, при нефелометрических измерениях, и флуктуационное светорассеяние на сгущениях концентрации молекул в растворах полимеров (уравнение III.5), применяемое, в частности, для определений молекулярного веса и асимметрии формы макромолекул в растворах. [c.65]

При определении мол, веса в системах, состоящих из изотропных частиц малого размера при большом разбавлении, удобнее всего оперировать величиной, характеризующей ослабление пучка падающего света рассеивающим раствором. Это связанное с рассеянием ослабление пучка называют мутностью раствора ее оценивают непосредственно по полной интенсивности рассеянного света, и, следовательно, расстояние г, входящее в уравнение (7.74), можно исключить из дальнейшего рассмотрения. [c.443]

Светорассеяние. Если лучи падают на поверхность какой-либо частицы, линейные размеры которой велики по сравнению с длиной волны лучей, то эти лучи просто отражаются по законам геометрической оптики. Если же линейные размеры частиц составляют, например, лишь около 0,1 длины волны падающих лучей, то наиболее характерным процессом является дифракционное рассеяние света в результате огибания частиц световой волной. Это явление было впервые замечено Тиндалем (1869), который наблюдал образование светящегося конуса при пропускании пучка сходящихся лучей через коллоидный раствор. Внешне похожее явление можно наблюдать в затемненной комнате, в кинотеатре и др., когда в луче света, наблюдаемом сбоку, заметно сверкание частичек пыли в воздухе, не видимых простым глазом в обычно освещенном пространстве. Теория светорассеяния была разработана Рэлеем (1871), согласно уравнению которого интенсивность рассеянного света [c.200]

Помимо визуальных нефелометров широко применяют фотоэлектрические нефелометры, в которых с помощью чувствительных микроамперметров определяют силы фототоков / и ", возникающих в фотоэлементах под действием света, рассеянного стандартным и испытуемым растворами. При пользовании фотоэлектрическими нефелометрами размер частиц и концентрацию дисперсной фазы в золе определяют по уравнениям [c.52]

Из уравнения Рэлея (202) следует, что интенсивность рассеянного частицами света пропорциональна количеству этих частиц в растворе N и размеру их V [c.348]

Это отношение аналогично уравнению (1.4) Бугера — Ламберта — Бера для поглощения света окрашенными растворами. Как следует из уравнений (2.1) и (2.4), интенсивность рассеянного и поглощенного света зависит от размера частиц взвеси. [c.52]

Это отношение подобно уравнению Ламберта—Бера для поглощения света окрашенными растворами. Поэтому для турбидиметрических измерений пригодны колориметры, фотоколориметры, спектрофотометры. Как следует из уравнений (II, 24) и (II, 27), интенсивность рассеянного или поглощенного света в значительной степени зависит от размера образующихся частиц взвеси. Размер частиц взвеси в свою очередь опреде- [c.89]

Как следует из уравнений (27) и (30), интенсивность рассеянного или поглощенного света в значительной степени зависит от размера частиц взвеси. Этот размер, в свою очередь, определяется кислотностью среды, порядком сливания растворов, температурой раствора, присутствием посторонних веществ. [c.90]

Как видно из приведенных уравнений, величины рассеянного и поглощенного света зависят от размеров частиц, находящихся в растворе. [c.70]

Светорассеяние 17]. При пропускании света через раствор происходит его частичное рассеяние. Степень рассеяния каждой частицей зависит, в частности, от ее размера и может служить для определения молекулярной массы, которая связана со степенью мутности т следующим уравнением [c.61]

Мы показали, что рассеяние света большими частицами под углом 0° описывается теми же уравнениями, что и рассеяние света малыми частицами под тем же углом. При углах 0>О° интенсивность света, рассеянного большими частицами, уменьшается в Р(0) раз. На первый взгляд может показаться, что этот эффект является досадной неприятностью, требующей экстраполяции к нулевому углу для того, чтобы получить те сведения, которые обычно стремятся найти из данных по рассеянию света. Однако при дальнейшем рассмотрении становится ясным, что это далеко от истины. В самом деле, мы увиди.м, что интерференционный эффект может дать более полезные сведения, чем любые другие данные, получаемые из результатов рассеяния света. В соответствии с этим мы выведем здесь общее соотношение, связывающее Р(0) и конформацию молекулы. При выводе этого соотношения будем предполагать, что частицы в растворе все одинаковы и что они достаточно удалены друг от друга и независимы, т. е. соотно- [c.345]

Размеры коллоидных частиц соизмеримы с длиной световых в рлн и поэтому золи, кроме общих явлений для всех растворов, характеризуются рядом своеобразных оптических свойств, к которым, в первую очередь, следует отнести светорассеяние. Интенсивноуть рассеянного света определяют по уравнению Рэлея [c.152]

Если с принять за массовую концентрацию, то в знаменателе будет плотность в квадрате. Результаты анализа в данном методе могут иметь погрешности, обусловленные взаимодействием между макромолекулами в растворах. Для исключения этих погрешностей в определенпи молекулярной массы полимеров, мнцеллярной массы ПЛВ или просто массы частиц осмотически активных золей вместо метода сравнения применяют абсолютный метод Дебая. Для выражения интенсивности рассеянного света по этому методу используют уравнение Эйнштейна, получаемое на основе учета флуктуаций оптической плотности, возникающих в результате изменения осмотического давления и концентраций. Так как основной причиной рассасывания флуктуаций концентраций является изменение осмотического давления, то это дает возможность связать соотношения для рассеяния света и осмотического давления. Используя уравнение осмотического давления до второго внри-ального коэффициента Л2, учитывающего мел<частичное взаимодействие, Дебай получил следующее соотношение между мутностью раствора полимера, его концентрацией и молекулярной массой полимера [c.264]

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]

Оптические свойства коллоидных систем. Для коллоидных растворов характерно рассеяние света в результате дифракции оно обусловлено их ультрамикрогетерогенностью, так как размеры коллоидных частиц соизмеримы с длиной волны вадимого света. В истинных растворах и чистых жидкостях светорассеяние слабо выражено. Поэтому наблюдением светорассеяния в виде светящегося конуса часто пользуются для отличия золей от истинных растворов. Интенсивность света /, рассеиваемого под углом 90° едини- цей объема раствора, рассчитывается по уравнению Релея [c.264]

Интенсивность / света, прошедп1его через какую-то однородную среду — жидкость или раствор, всегда меньше интенсивности падающего света /(,. Это объясняется явлением поглощения (абсорбции) света средой (см. гл. 15). Каждая среда в зависимости от своих физических и химических свойств избирательно поглощает определенную часть спектра падающего света. Установлено, что высокодисперсные золи также поглощают часть проходящего света и для них, как и для молекулярных растворов, справедлив закон Ламберта — Бера. Однако в дисперсных системах возможны отклонения от этого закона, так как интенсивность проходящего света уменьшается не только в результате его поглощения, но и за счет рассеяния света частицами дисперсной фазы. Вследствие этого для окрашенных коллоидов в уравнение Ламберта — Бера кроме коэффициента светопоглощения вводят коэффициент светорассеяния [c.390]

Размер частиц можно определить двумя методами нефелометри-ческим и турбидиметрическим. По первому методу измеряют непо-средствешю интенсивность света, рассеянного под некоторым углом к падающему лучу света. По второму методу измеряют ослабление интенсивности света при прохождении его через дисперсную систему. Последний метод, называемый турбидиметрическим, используется в данной работе. Он основан на том, что при ТЕрохождении света через коллоидный раствор, содержащий малые прозрачные частицы, поглощение практически отсутствует и ослабление интенсивности падающего света равно полной интенсивности света, рассеянного коллоидным раствором во всех направлениях (полное светорассеяние). Для систем, содержащих частицы с размерами значительно меньше длины световой волны, величина полного светорассеяния подчиняется уравнению Рэлея. В этом случае, измерив с помощью фотометра или колориметра ослабление интенсивности [c.32]

В соответствии с уравнением Рэлея, рассеяние света в гомогенных системах — чистых жидкостях и истинных (молекулярных) растворах — должно быть очень мало из-за малого размера рассеивающих частиц. Однако в действительности и в этих системах может наблюдаться заметное рассеяние, связанное с существованием флуктуаций плотности и концентрации, служащих рассеивающими центрами. Особенно сильное рассеяние наблюдается в системах, находящихся в состоянии, близком к критическому (см. 2 гл. VIII), когда линейные размеры флуктуаций становятся очень велики и приближаются к длине световой волны. Изучение закономерностей рассеяния света на флуктуациях плотности и концентрации позволяет получить сведения о межмолекулярных взаимодействиях в изучаемой системе вместе с тем рассеяние на флуктуациях концентрации следует учитывать при использовании методов светорассеяния для исследования высокодисперсных систем и растворов ВМС. [c.169]

Благодаря процессу деполимеризации, происходящему в результате разбавления раствора силиката, содержание коллоидных частиц или полисиликатных разновидностей уменьшалось примерно от 70 % при концентрации кремнезема 400 г/л до 45 % при 100 г/л 5102. С другой стороны, нагревание раствора при данной высокой концентрации и последующее его охлаждение влияли очень мало или же вовсе не давали какого-либо постоянного эффекта, так как равновесное состояние системы повторно устанавливалось при 30°С лишь в теченпе нескольких часов, к такому выводу пришел также О Коннор [65], который выполнил аналогичные эксперименты с концентрированными силикатными растворами, имевшими различные отношения 5102 К а20. Так, ои нашел, что растворы с отношениями 5102 Na20 в интервале 0,5—2,4 содержат только незначительное количество полисиликат-ионов. Но содержание полисилн-катных (или коллоидных) разновидностей заметно повышается по мере возрастания отношения 5102 Ка20 от 2,4 до 2,8 и еще выше. О Коннор предлагает уравнение скорости рассматриваемой реакции, устанавливающее взаимосвязь между константой скорости реакции с молибденовой кислотой и молекулярными массами ионных силикатных разновидностей, определяемыми методом рассеяния света. Он показал, что распределение ионных разновидностей зависело главным образом от концентрации раствора п что равновесное состояние достигалось быстро даже в том случае, когда раствор разбавлялся от 400 г/л 5102 до 20 г/л, и в дальнейшем не изменялось в течение двух недель при 25°С. [c.189]

Каждый коллоидный раствор в той или иной степени опалесци-рует. Если коллоидные частицы шарообразны, не проводят электрического тока и находятся в сильно разбавленном растворе, то-, как показал английский ученый Рэлей, зависимость интенсивности света рассеянного дифракцией на частицах от длины его волны и свойств коллоидного раствора выражается уравнением [c.334]

По уравнению Рейлея количество рассеянного света возрастает с увеличением размеров частиц при том же общем количестве суспензированного вещества. Следовательно, получение правильных результатов при анализе суспензий зависит от методики получения суспензий и от воспроизводимости их оптических свойств. На размеры частиц и оптические свойства суспензии влияют следующие факторы а) концентрация ионов, образующих осадок б) отношение между концентрациями смешиваемых растворов в) порядок смешивания растворов г) скорость смешивания [c.66]

Рассеяние света коллоидными растворами, согласно уравнению Рэлея ( ПО) / = IJaryl k , показатель степени х равен 4 только для малых частиц диспергированного вещества. С увеличением размеров коллоидных частиц х падает до 2, а в грубодисперсных системах (микрогетерогенных), где происходит не рассеяние света, а отражение, х падает до О, т. е. рассеяние света не зависит от длины волны. Средние размеры коллоидных частиц бесцветных золей определяют с помощью нефелометра. Измеряют интенсивность рассеянного света в разных участках спектра, вычисляют и по специальной градуировочной кривой находят средние размеры частиц. [c.237]

Это уравнение (вывод см. в работах [189, 245, 246]) справедливо для точечных источников рассеяния света, вернее, для частиц, иаибо.льгаее измерение которых составляет менее одной двадцатой длины волны падающего света, и при бесконечном разбавлении раствора. Для таких частиц необходимо определить угловую зависимость рассеяния света (соотношение между а и 9 при постоянных /ц и г), т. е. проверить соответствие этой зависимости приведенному выше уравнению. Это позволит проводить все измерения [c.85]

Исследование светорассеяния является одним из наиболее универсальных, эффективных и широко применяющихся методов изучения строения и свойств дисперсных систем и растворов высокомолекулярных веществ. Для систем, к которым применимо уравнение Рэлея, методы, основанные на измерении мутности по уменьшению интенсивности прошедшего света (абсорбциометрия, турбидиметрия) и по определению интенсивности света, рассеянного под тем или иным углом (нефелометрия), вполне эквивалентны. При этом редко производится непосредственный расчет по ураввению Рэлея. Чаще мутности или светорассеяния изучаемой системы сопоставляют со свойствами системы с известной концентрацией и размером частиц, и из условия = onst определяют объем частиц V дисперсной фазы при известной концентрации вещества в дисперсной системе или концентрацию вещества при известном размере частиц. Эти методы очень чувствительны. Так, заметная мутность золя сернистого мышьяка может быть обнаружена при концентрации 10 %, [c.206]