Оптичні методи дослідження дисперсних систем.

 

Оптичні методи поширені при дослідженні розміру, форми та структури дисперсної фази колоїдних систем. Такі методи досить різноманітні, зупинимося тільки на найпоширеніших з них.

Ультрамікроскопія. Частинки колоїдних розмірів невидимі для спостереження у звичайний мікроскоп, оскільки їх розміри менші від довжини хвилі видимого світла, однак, при освітленні збоку, завдяки розсіюванню світла, їх можна бачити, як світлі точки на темному фоні. Подібні спостереження описав М.В.Ломоносов.

В 1903р. Зідентопф і Зігмонді запропонували відповідний прилад - ультрамікроскоп. Цей винахід, підтвердив реальне існування колоїдних частинок, що дало початок бурхливому розвитку колоїдної хімії, як науки.

Роздільна здатність звичайних мікроскопів не перевищує половини довжини світлової хвилі, тобто 100-200 нм. В ультрамікроскоп можна розглядати частинки з розмірами 2-5 нм, тобто на два порядки менші.

При цьому повинні дотримуватися принаймні такі умови:

1. Відстані між частинками мають бути більші ніж роздільна здатність мікроскопа, інакше окремі точки будуть зливатися.

Частинки не повинні бути ні замалими, ні завеликими. В першому випадку їх взагалі не буде видно через мале розсіювання світла, а в другому - дифракційні кільця, що утворюються навколо великих часток, будуть заважати спостереженню.

Коефіцієнт заломлення світла дисперсною фазою має достатньо відрізнятися від того ж коефіцієнту дисперсного середовища, інакше розсіювання світла буде замалим.

Підрахувавши число частинок у виділеному паралелепіпеді, можна знайти концентрацію частинок:

v = n/V (8.35)

Якщо відомі густина дисперсної фази та вагова концентрація золю то можна розрахувати об’єм однієї частинки:

V = c/rv (8.36)

Форму частинок безпосередньо визначити не вдається, але все ж, якщо частинки, що видно, як світні точки, блимають - вони неізометричні, якщо спокійно світяться - є близькими за формою до сфери.

Б.В.Дерягін і Г.Я.Власенко сконструювали проточний ультрамікроскоп в якому розглядається потік ліозоля, освітлений збоку. Спалах світла попадає на катод фотопомножувача і реєструється лічильником. Поділивши число спалахів на об'єм ліозоля, що протікає, легко знайти його концентрацію.

Нефелометрія. Нефелометрія представляє собою метод визначення дисперсності і концентрації колоїдних систем за інтенсивністю розсіяного ними світла.

Нефелометричні вимірювання проводяться у спеціальному приладі - нефелометрі, дія якого основана на порівнянні інтенсивності світла, що розсіюється досліджуваним середовищем з інтенсивністю світла, що розсіюється іншим середовищем, яке вважається стандартом, а конструкція нагадує колориметр, але з боковим освітленням і шторками, які можуть змінювати висоту освітленого шару.

У випадку однакових золей - досліджуваного та стандартного - відповідно до закону Релея. Знаючи вагову концентрацію стандартного золя, можна знайти невідому концентрацію.

V_х = V_ст(І_х/І_ст) с_x = с_ст(І_х/І_ст) (8.37)

Недоліки нефелометричних вимірювань полягають у залежності розсіяного світла від розміру частинок. Тому, два золя однієї і тієї ж речовини, що мають рівні концентрації, але відрізняються розмірами частинок, при порівнянні інтенсивності розсіяного світла дадуть різні результати.

Нефелометричні методи вирізняються високою чутливістю і дають змогу визначити малі концентрації компонентів розчину, недоступні іншим методам. Тому часто істинні розчини переводять тим чи іншим способом в колоїдні та досліджують нефелометрично.

Електронна мікроскопія. В електронному мікроскопі замість світлових променів використовується потік швидких електронів, що відповідає довжині хвилі 0,002-0,005 нм,що дає змогу розглядати об'єкти розміром 0,5-1 нм, чого цілком достатньо для розгляду окремих колоїдних часток.

Для зменшення розсіяння електронного пучка всередині мікроскопа підтримується високий вакуум, що виключає можливість роботи з розчинами. Тому електронний мікроскоп дозволяє розглянути тільки виділені з системи частинки дисперсної фази - сухий залишок. Однак при цьому можна бачити окремі частинки з усіма особливостями їхньої будови, в окремих випадках можна бачити навіть окремі великі молекули (білки).