Оптические свойства и методы исследования коллоидных растворов

Микрогетерогенные и ультрамикрогетерогенные дисперсные системы благодаря соизмеримости частиц дисперсной фазы с длиной световых волн обладают специфическими оптическими свойствами. Это позволяет использовать оптические методы исследования для изучения структуры и формы частичек, скорости их перемещения, размеров и концентрации. Оптические методы широко используются в практике определения концентрации коллоидных растворов, эмульсий, аэрозолей. Оптические характеристики аэрозолей (туманы, тучи, пыль), степень мутности водоемов имеют большое значение для авиации, метеорологии, контроля загрязнения окружающей среды.

Свет, проходящий через дисперсные системы, может поглощаться, отражаться или рассеиваться, в результате чего происходит его ослабление. В ряде случаев эти эффекты могут наблюдаться одновременно; например, золи золота, гидроксида железа, графита поглощают и рассеивают проходящий свет. При поглощении света часть электромагнитной энергии падающего пучка света преобразуется в конечном итоге в теплоту, При отражении или рассеянии света проходящий свет ослабляется лишь в связи с тем, что часть электромагнитных лучей меняет свое исходное направление.

РАССЕЯНИЕ СВЕТА (ОПАЛЕСЦЕНЦИЯ)

При рассмотрении общей характеристики коллоидных растворов было отмечено их свойство рассеивать свет, описан эффект Тиндаля — Фарадея, наблюдавших образование светящегося конуса при боковом освещении коллоидного раствора пучком света.

Свет рассеивается микрогетерогенными системами только в том случае, если размер частиц меньше длины световой волны, а расстояние между частицами больше световой волны. При размере частицы меньше световой волны световая волна огибает частицу; происходит дифракционное рассеяние. Если размер частиц значительно больше длины световой волны, происходит отражение света. Рассеяние света связано с тем, что переменное электрическое поле световой волны возбуждает частицу, индуцируя в ней переменный дипольный момент. В результате этого частица становится источником собственного излучения, сохраняя строгие фазовые соотношения с облучающим электрическим полем. Такое рассеяние света называется когерентным. Если падающий луч света монохроматичен, то свет, рассеянный частицами, также монохроматичен и имеет такую же длину волны, как и свет падающий. Свет, рассеянный частицей, попадает на находящиеся вблизи частицы, происходит многократное рассеяние света. В результате возникает самоосвещение среды рассеянными внутри нее электромагнитными волнами. Вследствие когерентности света, рассеянного частицами, волны рассеянного ими света интерферируют между собой и с волнами падающего света. На границе дисперсионная среда — дисперсная фаза происходит полное гашение облучающей волны, и вместо нее возникают преломленные и отраженные волны.