胶体分散体系的光学性质.ppt

ColloidandSurfaceChemistry;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。;3.1Tyndall效应;4;2）对于真溶液或纯液体，肉眼观察不到Tyndall效应，或者说Tyndall很不明显。

Tyndall效应是判别溶胶与真溶液的最简便方法。;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）。;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。

;Tyndall现象的宏观解释;3.2瑞利（Rayleigh）散射公式;对于单位体积的被研究体系，散射光的总能量为：;A：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;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：;2）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）。;Rayleigh公式的主要结论;i)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。;

i)溶胶中，大质点的散射远超过小质点，因此光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??、折射；;iii)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。;3）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。;4）IS与溶胶重量浓度c的关系;设分散相粒子的密度为?，浓度为c(kg/L);21;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：;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。;3.3超显微镜简介;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，因此可以看到黑暗背景中因胶粒光散射作用而呈现的发光点。应当指出，在超显微镜下看到的不是粒子本身的大小，而是其散射光。;在黑暗的背景中，由于散射作用，胶粒成为一个个明亮的光点（光点通常比粒子本身大很多倍），可以清楚地看到其Brown运动。

超显微镜的分辨率可提高到5~150nm。;超显微镜特点：

1）只能确定质点的存在和位置（光亮点），而看不到它的大小和形状（光点通常比粒子本身大多倍）。

2）超显微镜对折射率（n）差较小的大分子溶液体系，由于Tyndall效应不明显，不能适用。;超显微镜的应用（1）;通过缝隙的调节可得到光束的高度及宽度，结合样品的厚度，即可算出产生光散射的溶胶的体积。在超显微镜下直接数出该体积中含有的粒子数，即可得到粒子的数浓度，单位体积内的胶粒数

?(个/L)。;则每个胶粒的质量：;推测胶粒的形状

胶粒的向光面越大，光点越强；

球形、正四（八）面体等：各向同性，亮点无闪光现象；

棒形：流动时无闪光，静止时有闪光；

片形：静止、流动都有闪光。