溶胶的光学性质

§2-2溶胶的光学性质溶胶的光学性质是其高度分散性和不均匀性特点的反映.一、光散射特性１、ＴYndall效应（T铎尔）①晴朗的早晨站在户外，可以看到天空总是蔚蓝的，这是由于从一个方向射入大气层的阳光，被空气（气溶胶）分子散射到各个方向。②一束会聚的光通过溶液从侧面（与光束垂直的方向）看到一个发光的圆锥体以上是Tyndail的发现，称为Tyndail效应。其他分散体系也会产生这种现象，但远不如溶胶显著。Tyndail效应是判别溶胶与真溶液的最简便方法。2、Tyndail效应原理当光线射入分散体系时能发生两种情况：①分散相粒子直径入射光时,主要发生反射或折射现象。粗分散体系就属于这种情况②分散相粒子直径入射光时，主要发生3、瑞利公式（RayLligh）RayLligh研究了散射作用得出，对于单位体积的光波研究体系，他所散射出来的光能总量为瑞利（Rayleigh）公式Rayleigh研究了大量的光散射现象，对于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：222222122212424()2AVnnInn式中：A入射光振幅，单位体积中粒子数入射光波长，每个粒子的体积分散相折射率，分散介质的折射率1n2nV瑞利公式适用于粒子不导电并且半径≤47nm的体系。从瑞利公式可以得出以下几个结论：①所以越短，散射越多。例1入射光为白光时，蓝紫部分的散射最强，天为蓝色的。(∴观察散射光尽量用短波长的光,观察透过光,尽量用长波长的光)例2旋光仪测量旋光度应用钠光,是因为钠光为黄色,散射作用较弱.41I②例如粒子大小相近的蛋白质溶液与BaSO4溶胶(或S溶胶)相比,后者的散射作用更强.12I越大，越大，散射越显著。24VIk若分散相的粒子密度为ρ,浓度为c,则c③当其他条件相同时,瑞利公式变为:若假定粒子为球形,即,代入上式得:343Vr3344311322112243cVkcIkrkcrIrIrIcIc，若是两个浓度相等的溶胶，则若是两个粒子大小相等的溶胶，则∴若比较上述两份相同物质所形成溶胶的散射光强度,就可以得知其粒子的大小或浓度的相对比值.若其中一份的浓度已知,则可以求出另一份溶胶粒子的大小或浓度。乳光剂就是根据此原理制成的，用于观察光的强度，然后计算溶胶的浓度及粒度。二超显微镜普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。超显微镜分辨率高，可以研究半径为5~150nm的粒子。超显微镜观察的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是用普通显微镜来观察Tyndall效应。超显微镜是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一狭缝式超显微镜狭缝式超显微镜照射光从碳弧光源射出，经可调狭缝由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射光。显微镜可调狭缝碳弧电源胶体如果溶液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。2、应用①可以求得粒子的大小。要求稀溶胶（以观测到2－3个粒子为宜）要观察100－200次，取平均值。②可得到粒子形状。粒子向光面越大，散光越强，粒子发亮；粒子向光面越小，散光越弱，粒子不发光。假定每个粒子都具有大小不同的几个面，由于布朗运动，时而大面向光，时而小面向光，在超显微镜下观察时而亮时而不亮的闪光现象。佛兰德利利用这种闪光现象，将溶胶粒子按其形状分为三类：第一类：三轴相等的球体、立方体、八面体，如银、铂、五硫化砷等粒子。第二类：二轴长一轴短的板状体、片状体圆盘体，如放置很久的Fe(OH)3。兰色的全胶粒子等。第三类：一轴长二轴短的杆状体、棒状体如五氧化二钒等。显微镜下观查溶胶第二、第三类：闪光第一类：亮晶晶而无闪光在显微镜下观察流动的溶胶：第二类：闪光第三类：亮晶晶而无闪光超显微镜适合观察疏液溶胶粒子的大小及其形状。超显微镜的意义：第一次成功观察到溶胶粒子运动，说明其超显微不均匀性和溶胶相界面的存在。粒子直径nm银胶体的颜色粒径Ｓ胶体的颜色透射光侧面光透射光侧面光１０－２０２５－３５３５－４５５０－６０７０－８０１２０－１３０黄红红紫兰紫兰绿兰暗绿绿黄棕红绿黄小大黄橙红橙红浅红紫青紫浅青绿青青绿青黄红橙红红二、胶体的颜色1、丁铎尔兰丁铎尔效应有一个奇怪的现象，它使胶体溶液带色。分散高度（粒子小）的胶体呈现黄或橙，是因为他吸收了紫光和青光，分散度降低，变成红、紫、青、绿等色。胶体的颜色与粒子大小、分散相物质和分散介质性质、光强弱、光散射及吸收等因素有关，至今无定论。