第3章-胶体分散体系的光学性质.ppt

《第3章-胶体分散体系的光学性质.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、ColloidandSurfaceChemistry第三章胶体分散体系的光学性质1溶胶具有丰富多彩的光学性质，这与其对光的散射和吸收有关。也是溶胶的高度分散性及多相不均匀性特点的反映。本章着重讨论胶体的光散射，可以得到质点的分子量、体积大小、扩散系数等信息。光散射方法已成为研究胶体与大分子溶液的有力工具。23.1Tyndall效应1869年，Tyndall发现：1）令一束会聚光通过溶胶，则从侧面可以看到一个乳光柱（即明显的光的路径），这就是Tyndall效应；342）对于真溶液或纯液体，肉眼观察不到Tyndall效应，或者说Tynd

2、all很不明显。Tyndall效应是判别溶胶与真溶液的最简便方法。5当光线射入分散体系时：自由通过吸收、散射或反射1）分散相粒子>入射光波长（r）主要发生光的反射，使体系呈现混浊（不同于乳光柱）—这属于粗分散体系。2）分散相粒子<入射光波长（r）主要发生光的散射；散射：光波绕过粒子而向各方向传波，波长不变—产生散射光（乳光）。6溶胶粒子r<可见光波长(1~100nm)(400~700nm)因此，Tyndall效应是溶胶体系的一个重要特征。7Tyndall现象的宏观解释产生光散射的必要条件是：介质具有光学不均匀性。胶体质点的

3、折射率和周围介质不同，溶胶的这种光学不均匀性，导致光的散射现象（Tyndall现象）。折射率差别越大，散射越强烈。83.2瑞利（Rayleigh）散射公式通常我们把线度小于光波长的微粒对入射光的散射，称为瑞利散射（Rayleighscattering）瑞利，十九世纪最著名的物理学家之一。他对物理学曾作出了很大的贡献，他在声学、波的理论、光学、光散射、电力学、电磁学、水力学等方面都做出了不可磨灭的贡献。1904年，他因和拉姆塞同时发现了惰性元素氩（Ar）而荣获了该年度的诺贝尔物理学奖。9对于单位体积的被研究体系，散射光的总能量为：—R

4、ayleigh公式1871年，瑞利最早从理论上研究了光散射,导出溶胶的光散射公式——瑞利公式。10A：入射光振幅：单位体积的粒子数V：每个粒子的体积：入射光的波长n1：分散相折射率n2：分散介质折射率11在此不作详细推导，只说明推导中用到的几点假设，即公式的适用范围（前提条件）1）散射质点比光的波长小得多：对于自然光(400~700nm)，需r47nm；(700/15)122）稀溶胶，质点间距离较大，无相互作用；3）质点为各向同性，非导体，不吸收光。Rayleigh公式适用于：由球形非导体小质点构成的稀溶胶(或稀溶液）。13R

5、ayleigh公式的主要结论1）散射光的总能量与入射光波长的四次方成反比，即I1/4入射光波长越短，散射越强。对于有些粒子很细的无色溶胶，在侧面看时呈蓝、紫色（散射强），而从正面看时则呈红、橙色（透射强）。14i)天空呈蔚蓝色，是阳光的散射光；ii)车辆在雾、雨天行驶时，前灯需用黄色灯，以减少散射，照得远；iii)早晨和傍晚的太阳光需穿过很厚的大气照到地球表面，由于散射作用，照到地球表面的阳光呈红色（此为透射光）。散射测量：采用短波长光线（如436nm汞线）光源以增强散射效果。例如15i)溶胶中，大质点的散射远超过小质点，因此光

6、散射测量中体系除尘清洁十分必要。ii)r47nm时，I散(Is)很弱，主要是反射、折射；2）IV2（每个粒子的体积,适用于r：2.5~47nm范围）16iii)r的下限并不严格，对于r的高分散体系，都有光的散射现象（如真溶液也有，但r小，所以IS也小，Tyndall现象不明显）iv)散射并非溶胶特有性质，但溶胶的IS最强即Tyndall现象。所以说Tyndall现象是溶胶的特性。173）分散相的折射率n1与分散介质的折射率n2相差越大，IS越强。分散相与分散介质间界面越明显，IS越强；这是光学不均匀性的必然结果。例如：蛋白

7、质溶液与BaSO4的溶胶粒子大小相近，但BaSO4的折射率较大，所以散射也较蛋白质溶液强；184）IS与溶胶重量浓度c的关系若其他条件固定，c为重量浓度(kg/L)19设分散相粒子的密度为，浓度为c(kg/L)则2021对于相同物质（材料）的溶胶，在瑞利公式范围内（r47nm），同波长光的光散射强度：22即，已知一份溶胶的粒子大小，可求得相同重量浓度的另一份溶胶的粒子大小。即，已知一份溶胶的重量浓度，可求相同粒子大小的另一份溶胶的重量浓度。233.3超显微镜简介肉眼的分辨极限：0.2mm普通显微镜分辨极限：200nm放大1000

8、倍用普通显微镜看不见更细的胶粒(如r47nm的符合Rayleigh公式的胶粒)超显微镜：一种具有很强的侧向照明光源的暗视野显微镜——即用显微镜来观察Tyndall现象。24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，