Оптические свойства дисперсных систем

В зависимости от соотношения между диаметром 2r частиц дисперсной фазы и длиной волны l, проходящей через дисперсную систему, оптические свойства системы меняются.

Если 2r значительно больше l, то происходит главным образом отражение, преломление и поглощение света. Вследствие этого грубодисперсные системы обнаруживают мутность как в проходящем свете, так и при освещении сбоку.

Для коллоидно-дисперсных систем 2r » l падающего света. В этом случае преобладает дифракционное рассеяние света, когда каждая коллоидная частица становится вторичным источником света. Визуально наблюдают опалесценцию. Это явление заключается в том, что окраска коллоидных растворов в рассеянном свете (при рассмотрении сбоку) и в проходящем свете неодинакова.

Опалесценцию впервые наблюдали независимо друг от друга в 1857 г. М. Фарадей и в 1868 г. Дж. Тиндаль (1820—1893). Поэтому явление получило название эффекта Фарадея — Тиндаля. При рассмотрении сбоку (а) хорошо виден опалесцирующий конус, также называемый конусом Фарадея — Тиндаля (1 - источник света, 2 - коллоидный раствор (черного цвета на рис.), 3 - направление наблюдения).

Интенсивность светорассеяния зависит от целого ряда факторов и количественно выражается уравнением, выведенным Рэлеем:

где I, I₀ — интенсивность рассеянного и падающего света, Вт/м²;

k_р—константа Рэлея, зависящая от соотношения показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, м³;

c_n — частичная концентрация золя, м ;

l — длина волны падающего света, м;

r — радиус частицы, м.

Из уравнения Рэлея следует, что интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна интенсивности падающего света, частичной концентрации золя и квадрату объема коллоидной частицы и обратимо пропорциональна четвертой степени длины волны падающего света.

Явление дифракционного рассеяния света лежит в основе устройства ултрамикроскопа. Ультрамикроскоп - оптический прибор, позволяющий обнаруживать частицы размером до 10^{-9 м, невидимые в обычный микроскоп (до 10-7 м). Наблюдения проводятся в направлении, перпендикулярном направлению луча света, т.е. в рассеянном свете. В ультрамикроскоп видны не сами частицы, а большие по размеру пятна дифракции света на них. Ультрамикроскопию используют для исследования плазмы и сыворотки крови, лимфы, вакцин.}