7. 分散体系的光学性质

《7. 分散体系的光学性质》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第七章胶体分散体系的光学性质P小颗粒的散射光P胶体的光与色P测定聚合物的分子量P显微观测2011/12/97.1小颗粒的散射光v丁达尔现象v光散射理论vReyleigh公式v利用光散射测定颗粒大小与浓度2011/12/97.1.1Tyndall效应1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。光散射现象当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。入射光（incid

2、entlight）强度I0与上述几个分量关系为：I0＝It＋Is＋Ia＋IrI0：入射光强度It：透射光强度Is：散射光强度Ia：吸收光强度Ir：反射光强度光散射现象I0＝It＋Is＋Ia＋Ir各个分量的大小与分散体系的性质（分散度）有关：1.透射光是具有分子、离子这样高分散度的透明体系的特征。2.当光束通过粗分散体系（乳状液、悬浊液），即粒子尺寸大于入射光的波长时，主要发生反射，使体系呈现混浊。3.若分散相的粒子尺寸小于入射光的波长时，当光通过胶体溶液，会绕过粒子向各个方向传播，这就是光的散射（波长不发生变化）。光散射的本质光是一种电磁波，其振动频率高达1015Hz，就光散射而言，

3、主要是电场起作用。当光照射溶胶时，即入射光的电场接触微粒时，会使组成微粒的分子中的电子分布发生位移而产生偶极子。由于光波电场是振动的，将使这种偶极子振动，并像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是散射光。若粒子足够小，d<<λ，那么可以把不具有光程差、不会相互发生干涉的分子的散射光加和起来，即每个粒子作为一个点散射源处理。光散射的本质如果粒子尺寸小于λ，但其上各部位所产生的散射光波有足够的光程差而发生相互干涉，散射光强度会因此而降低，这种干涉即为内干涉；如果粒子尺寸较大且体系中分散相粒子浓度也很大，那么各个粒子间的散射光也会发生干涉而减弱，这就是外干涉。分子溶液十分均匀

4、，这种散射光因相互干涉而完全抵消，因此看不到散射光。溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。7.1.2光散射理论1.瑞利(Rayleigh)光散射理论：a.组成粒子的分子间的光散射不发生内干涉，故粒子的光散射等于组成其所有分子光散射的加和。这个假定限制了粒子的尺寸d≤0.05λ，因此分子所散射的光几乎不存在光程差，即把每个粒子视为一个点散射源。b.组成溶胶的各个分散相粒子间也不存在外干涉，故溶胶的光散射等于分散相所有粒子光散射的加和。这种情况仅适用于分散体系的浓度很低，即粒子间距很大才不发生外干涉。7.1.2光散射理论2.德拜(Deby

5、e)光散射理论：粒子的尺寸扩大到0.1λ≤d≤λ范围内，发生内干涉。但对粒子的折射率要求严格。3.米氏(Mie)光散射理论：此理论将粒子尺寸放宽到接近光波长的范围，并将n/n0范围放大到>>1的范围。几种光散射理论的应用条件光散射理论适用条件2prænö粒子特征尺寸dç0-1÷lènøRayleigh光散射理论≤0.05λ<0.3Dobye光散射理论0.01λ〈d〈λ≤1Mie光散射理论≈λ≥17.1.3Rayleigh公式1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对于粒子半径在47nm以下不导电粒子的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：22222

6、24pnAVnn12-2I=()422lnn+212式中：A入射光振幅，n单位体积中粒子数l入射光波长，V每个粒子的体积n1分散相折射率，n2分散介质的折射率Rayleigh公式2222224pnAVnn12-2I=()422lnn+212从Rayleigh公式可得出如下结论：1.散射光总能量与入射光波长λ的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。因此在可见光中，蓝、紫色光比红光易散射。2.分散相的折射率n1与分散介质的折射率n2相差愈显著，则散射作用亦愈显著。Rayleigh公式2222224pnAVnn12-2I=()422lnn+2123.散射光强度与单位体积中的粒子数v成正

7、比。4.IµV2，在一定范围内(d