物化—胶体化学课件：12-02胶体系统的光学性质.ppt

1、胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质1. 丁达尔效应丁达尔效应透镜透镜溶胶溶胶 丁达尔效应丁达尔效应光光源源由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性, 当一束波当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统, 可发生散射现象可发生散射现象丁达尔现象丁达尔现象.当入射光的频率与分子的固有频率相同当入射光的频率与分子的固有频率相同时时, 发生光的发生光的吸收吸收.当光束与系统不发生任何相互作用时当光束与系统不发生任何相互作用时, 则可则可透过透过.当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时,

2、 则发生光的则发生光的反射反射.若入射光的波长大于分散粒子的尺寸时若入射光的波长大于分散粒子的尺寸时, 则发生光的则发生光的散射散射. 可见光波长在可见光波长在400700nm范围内范围内, 一一般胶体粒子的尺寸为般胶体粒子的尺寸为11000nm。如胶体如胶体粒子的直径小于可见光波长，则可发生粒子的直径小于可见光波长，则可发生光的散射光的散射. 光的振动频率高达光的振动频率高达1015Hz, 光的照射相当光的照射相当于外加电磁场作用于胶体粒子于外加电磁场作用于胶体粒子, 使围绕分子使围绕分子或原子运动的电子被迫产生振动。或原子运动的电子被迫产生振动。 这样被光这样被光照射的微小晶体上的每个分子

3、照射的微小晶体上的每个分子, 便以一个次便以一个次级光源的形式级光源的形式, 向四面八方辐射出与入射光向四面八方辐射出与入射光有相同频率的次级光波有相同频率的次级光波. 丁达尔现象的实质是光的散射作用丁达尔现象的实质是光的散射作用. 丁达丁达尔效应又称为尔效应又称为乳光效应乳光效应, 散射光的强度可由散射光的强度可由瑞利公式计算瑞利公式计算.2.瑞利瑞利公式公式假设假设: 粒子的尺寸远小于入射光波长粒子的尺寸远小于入射光波长; 粒子间距离粒子间距离较远较远, 可不考虑各个粒子散射光的相互干涉可不考虑各个粒子散射光的相互干涉; 粒子不导粒子不导电电.瑞利瑞利(L.W.Rayleigh)公式公式I

4、 单位单位体积溶胶的体积溶胶的散射光强度散射光强度; I0入射光强度入射光强度; l 观察者与散射中心的距离观察者与散射中心的距离; V 分散相粒子的体积分散相粒子的体积;C 单位体积中的粒子数单位体积中的粒子数; 入射光波长入射光波长; 散射角散射角; n, n0 分别为分散相及分散介质的折射率分别为分散相及分散介质的折射率;I V 2, 真真溶液小分子体积微小溶液小分子体积微小, 丁达尔丁达尔效应微弱效应微弱; 粗分散悬浮液粒子尺寸大于粗分散悬浮液粒子尺寸大于可见光波长可见光波长, 无丁达尔效应无丁达尔效应; 只有溶胶只有溶胶丁达尔效应显著丁达尔效应显著. 用丁达尔效应可鉴别用丁达尔效应可

5、鉴别分散系统种类分散系统种类.I , 波长愈短散射光愈强波长愈短散射光愈强. 白光白光中蓝光和紫光散射最强中蓝光和紫光散射最强, 红光最弱红光最弱. 当当用白光照射溶胶时用白光照射溶胶时, 在与入射光垂直在与入射光垂直方向呈淡蓝色方向呈淡蓝色, 而透过光呈现橙红色而透过光呈现橙红色.分散相与介质的折射指数相差越大分散相与介质的折射指数相差越大, 散射光越强散射光越强. 憎液溶胶分散相与介质憎液溶胶分散相与介质之间有明显的界面之间有明显的界面, 其折射率相差较其折射率相差较大大, 乳光效应很强乳光效应很强. 而高分子真溶液是而高分子真溶液是均相系统均相系统, 乳光甚微乳光甚微, 故可依此来区别故

6、可依此来区别高分子溶液与溶胶高分子溶液与溶胶. I C, 此关系可用来测量溶胶的浓度此关系可用来测量溶胶的浓度. 乳光强度又称为浊度乳光强度又称为浊度, 浊度计就是浊度计就是根据这一原理设计的根据这一原理设计的.3. 超显微镜的原理和应用超显微镜的原理和应用要观察溶胶粒子，需要用超显微镜。要观察溶胶粒子，需要用超显微镜。超显微镜的原理：暗室、强光、垂直方向、显微镜超显微镜的原理：暗室、强光、垂直方向、显微镜超显微镜下看到的是粒子的散射超显微镜下看到的是粒子的散射光，不是胶体粒子的真实面目，看光，不是胶体粒子的真实面目，看不到粒子的大小和形状。不到粒子的大小和形状。1、测定溶胶粒子大小；、测定溶

7、胶粒子大小；2、观察布朗运动和涨落现象；、观察布朗运动和涨落现象；3、确定胶体粒子形状；、确定胶体粒子形状；4、胶体溶液分散度的估计；、胶体溶液分散度的估计；5、研究聚沉动力学过程；、研究聚沉动力学过程；6、沉降平衡的研究；、沉降平衡的研究；7、配合电泳仪，测定胶体粒子的电泳速度。、配合电泳仪，测定胶体粒子的电泳速度。超显微镜的应用：超显微镜的应用：电子显微镜下可观测到粒子的大小和形状电子显微镜下可观测到粒子的大小和形状. 电子显微镜电子显微镜照片表明照片表明, 胶粒实际上是大小不等胶粒实际上是大小不等, 形状各异的形状各异的.在超显微镜下看到的是粒子的散射光的影像在超显微镜下看到的是粒子的散

8、射光的影像, 其大小比胶其大小比胶体粒子本身的投影大数倍之多体粒子本身的投影大数倍之多. 粒子的平均大小可以估算粒子的平均大小可以估算:调节入射光束的高度和宽度调节入射光束的高度和宽度, 已知样品的厚度已知样品的厚度, 就可以算就可以算出发生光散射的溶胶体积出发生光散射的溶胶体积. 将溶胶稀释到可在超显微镜下直接将溶胶稀释到可在超显微镜下直接数出粒子个数的程度数出粒子个数的程度, 即可得到粒子的数浓度即可得到粒子的数浓度C. 假设粒子是假设粒子是半径为半径为r的球形的球形, 粒子密度为粒子密度为 , 则每个粒子的质量则每个粒子的质量m为为: m = (4/3) r3 设单位体积溶胶中所含分散相的质量为设单位体积溶胶中所含分散相的质量为 B, 则每个粒子的则每个粒子的质量为质量为 B / C, 粒子粒子 (胶核胶核) 的平均半径可用下式近似计算的平均半径可用下式近似计算: