光散射現(xiàn)象效應

光散射現(xiàn)象效應第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日光散射現(xiàn)象

當光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射。可見光的波長約在400~700nm之間。

（1）當光束通過粗分散體系，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。

（2）當光束通過膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，可以看見乳白色的光柱。

（3）當光束通過分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日Tyndall效應

Tyndall效應實際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法。可用來觀察溶膠粒子的運動以及測定大小和形狀。1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應。其他分散體系也會產(chǎn)生一點散射光，但遠不如溶膠顯著。

溶膠第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日Rayleigh公式

1871年，Rayleigh研究了大量的光散射現(xiàn)象，對于粒子半徑在47nm以下的溶膠，導出了散射光總能量的計算公式，稱為Rayleigh公式：式中：I0—入射光強λ—入射光波長

n1，n2—為分散介質(zhì)和分散相的折射率

—單位體積內(nèi)的粒子數(shù)

V—單個粒子的體積。適用條件：粒子小于入射光波長，非導電的球形粒子，粒子間的距離大，沒有相互作用。第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日說明：1.散射光總能量與入射光波長的四次方成反比。入射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍、紫色光散射作用強。

日光中，短λ：藍光，紫光－－側(cè)面可見藍紫光

長λ的有：紅光，黃光－－透過光呈紅橙色。2.分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈顯著，則散射作用亦愈顯著。

對于溶膠，是非均相，n

相差大，就強；

而真溶液（大分子溶液）為均相，就弱。3.散射光強度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。應用此原理，可制成乳光計，用已知濃度去求未知膠體溶液的濃度。第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日照射光從碳弧光源射擊，經(jīng)可調(diào)狹縫后，由透鏡會聚，從側(cè)面射到盛膠體溶液的樣品池中。超顯微鏡的目鏡看到的是膠粒的散射光。如果溶液中沒有膠粒，視野將是一片黑暗。3、超顯微鏡和粒子大小的測定第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日超顯微鏡(ultramicroscope)光源狹縫樣品池顯微鏡狹縫式超顯微鏡：光源射出的光經(jīng)可調(diào)狹縫后，由透鏡會聚，從側(cè)面射向樣品池中的膠體溶液，可觀察膠體粒子散射的光線。第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日暗視野超聚光器原理上，暗視野超聚光器是將從顯微鏡反光鏡來的光線，通過環(huán)形縫隙進入聚光器，在聚光器內(nèi)幾經(jīng)反射，最后從側(cè)面射到樣品池上，這樣就呈現(xiàn)為暗背景測光照射的情況。第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日超顯微鏡的特點

普通顯微鏡分辨率不高，只能分辨出半徑在200nm以上的粒子，所以看不到膠體粒子。

超顯微鏡分辨率高，可以研究半徑為5~150nm的粒子。但是，超顯微鏡觀察的不是膠粒本身，而是觀察膠粒發(fā)出的散射光。是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一。d=/(2nsin)第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日從超顯微鏡可以獲得哪些有用信息？（1）可以測定球狀膠粒的平均半徑。（2）間接推測膠粒的形狀和不對稱性。例如，球狀粒子不閃光，不對稱的粒子在向光面變化時有閃光現(xiàn)象。（3）判斷粒子分散均勻的程度。粒子大小不同，散射光的強度也不同。（4）觀察膠粒的布朗運動、電泳、沉降和凝聚等現(xiàn)象。第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日粒子大小的測定

設某溶膠濃度為c（kg/L)，用超顯微鏡測出該溶膠V體積內(nèi)含有ν個粒子，則每個粒子質(zhì)量為cV/ν，

若粒子半徑為r，密度為ρ，則有：

第11頁，共12頁，2023年，2月20日，星期日4電子顯微鏡

顯微鏡分辨率d=/(2nsin)，人眼分辨率2×10-4m。

1、光學顯微鏡：與光的波長有關(guān)，最短