武汉大学：《物理化学》课程教学资源（PPT课件）第十四章 胶体化学 §4 溶胶的光学性质

§4溶胶的光学性质 ·光散射现象 ·Tyndal效应 ·Rayleigh公式 ·乳光计原理 ·浊度 ·超显微镜

§4 溶胶的光学性质 • 光散射现象 • Tyndall效应 • Rayleigh公式 • 乳光计原理 • 浊度 • 超显微镜

光散射现象 当光束通过分散体系时，一部分自由地通过， 一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在 400~700nm之间。 (1)当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射 光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。 (2)当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见 光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。 (3)当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散 射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光

光散射现象 当光束通过分散体系时，一部分自由地通过， 一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在 400~700 nm之间。 （1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射 光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。 （2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见 光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。 （3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散 射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光

Tyndall效应 1869年Tyndall2发现，若令一束会聚光通过溶胶，从 侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥 体，这就是Tynda效应。其他分散体系也会产生一点散 射光，但远不如溶胶显著。 Tyndal效应实际 上已成为判别溶胶与 分子溶液的最简便的 方法。可用来观察溶 胶粒子的运动以及测 溶胶 定大小和形状

Tyndall效应 Tyndall效应实际 上已成为判别溶胶与 分子溶液的最简便的 方法。可用来观察溶 胶粒子的运动以及测 定大小和形状。 1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从 侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥 体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散 射光，但远不如溶胶显著。 溶胶

Rayleigh公式 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对 于粒子半径在47n以下的溶胶，导出了散射光总能 量的计算公式，称为Rayleigh公式： 24π3vW2 n2 -ni 24 n,+2nj 式中：一入射光强 入一入射光波长 1,2一为分散介质和分散相的折射率 V一单位体积内的粒子数 V一单个粒子的体积。 适用条件：粒子小于入射光波长，非导电的球形粒子， 粒子间的距离大，没有相互作用

Rayleigh公式 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对 于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能 量的计算公式，称为Rayleigh公式： 式中：I0—入射光强 λ —入射光波长 n1，n2 —为分散介质和分散相的折射率  —单位体积内的粒子数 V —单个粒子的体积。 适用条件：粒子小于入射光波长，非导电的球形粒子， 粒子间的距离大，没有相互作用。 0 2 2 1 2 2 2 1 2 2 4 3 2 ) 2 ( 24 I n n V n n I + − =   

说明： 1.散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入 射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、 紫色光散射作用强。 日光中，短：蓝光，紫光·-侧面可见蓝紫光 长的有：红光，黄光·-透过光呈红橙色。 2分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。 对于溶胶，是非均相，n相差大，就强； 而真溶液（大分子溶液）为均相，就弱。 3散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。应用此 原理，可制成乳光计，用已知浓度去求未知胶体溶液 的浓度

说明： 1. 散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入 射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、 紫色光散射作用强。 日光中，短λ：蓝光，紫光－－侧面可见蓝紫光 长λ的有：红光，黄光－－透过光呈红橙色。 2.分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。 对于溶胶，是非均相，n 相差大，就强； 而真溶液（大分子溶液）为均相，就弱。 3.散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。应用此 原理，可制成乳光计，用已知浓度去求未知胶体溶液 的浓度

3、超显微镜和粒子大小的测定 照射光从碳弧光源射击，经可调狭缝 后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液 的样品池中。 超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射 光。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片 黑暗

照射光从碳弧光源射击，经可调狭缝 后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液 的样品池中。 超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射 光。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片 黑暗。 3、超显微镜和粒子大小的测定

超显微镜(ultramicroscope) 狭缝式超显微镜：光源射出的光经可调狭缝后， 由透镜会聚，从侧面射向样品池中的胶体溶液， 可观察胶体粒子散射的光线。 显微镜 光源 狭缝 样品池

超显微镜(ultramicroscope) 光源 狭缝 样品池 显微镜 狭缝式超显微镜：光源射出的光经可调狭缝后， 由透镜会聚，从侧面射向样品池中的胶体溶液， 可观察胶体粒子散射的光线

暗视野超聚光器 显微镜 原理上，暗视野超聚 光器是将从显微镜反 光镜来的光线，通过 环形缝隙进入聚光器 在聚光器内几经反射， 胶体 最后从侧面射到样品 池上，这样就呈现为 聚光器 暗背景测光照射的情 况。 环形缝隙

暗视野超聚光器 胶体 显微镜 环形缝隙 聚光器 原理上，暗视野超聚 光器是将从显微镜反 光镜来的光线，通过 环形缝隙进入聚光器， 在聚光器内几经反射， 最后从侧面射到样品 池上，这样就呈现为 暗背景测光照射的情 况

超显微镜的特点 普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。 d=入/(2nsin) 超显微镜分辨率高，可以研究半径为5~150nm 的粒子。但是，超显微镜观察的不是胶粒本身，而是 观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有 用的手段之一

超显微镜的特点 普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。 超显微镜分辨率高，可以研究半径为5~150 nm 的粒子。但是， 超显微镜观察的不是胶粒本身，而是 观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有 用的手段之一。 d=/(2nsin)

从超显微镜可以获得哪些有用信息？ (1)可以测定球状胶粒的平均半径。 (2)间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状 粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有 闪光现象。 (3)判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散 射光的强度也不同。 (4)观察胶粒的布朗运动、电泳、沉降和凝聚等 现象

从超显微镜可以获得哪些有用信息？ （1） 可以测定球状胶粒的平均半径。 （2） 间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状 粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有 闪光现象。 （3） 判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散 射光的强度也不同。 （4） 观察胶粒的布朗运动 、电泳、沉降和凝聚等 现象