Общие теоретические сведения. Взаимодействие света с дисперсными системами имеет ряд особенностей, связанных с рассеянием света частицами дисперсной фазы

Взаимодействие света с дисперсными системами имеет ряд особенностей, связанных с рассеянием света частицами дисперсной фазы. Теория оптических свойств дисперсных систем довольна сложна. К. Релеем рассмотрен простейший случай рассеяния света при следующих условиях:

– малая концентрация дисперсной системы;

– малый размер частиц (отношение длины волны падающего света l к радиусу частицы r не менее 10);

– изометричная форма частиц;

– вещество дисперсной фазы не поглощает падающего света, оптически изотропно и не электропроводно.

Если в единице объема дисперсной системы, содержится n частиц с объемом V, то общий поток света, рассеянного во всех направлениях, по Рэлею равен:

, 6.1

где I₀ – интенсивность падающего светового потока, n и n₀ – показатели преломления вещества частиц и дисперсионной среды соответственно; величина t (размерность м^-1) называется мутностью системы. Прохождение света через дисперсную систему сопровождается при этом постепенным падением его интенсивности вследствие рассеяния на частицах; связь интенсивности прошедшего через систему света I с толщиной слоя l описывается уравнением Бугера-Ламберта-Бера:

6.2

Мутность системы t может быть определена как по изменению интенсивности проходящего света, так и по интенсивности света, рассеянного под каким-либо углом.

Значительно сложнее закономерности светорассеяния частицами с размерами, близкими к длине световой волны, а также проводящими или поглощающими свет частицами. В этом случае, в частности, меняется характер зависимости интенсивности рассеяния света от его длины волны: для непроводящих и непоглощающих частиц показатель степени при l уменьшается от 4 при рэлеевском рассеянии до 0 при переходе к отражению света крупными частицами, так что t~ l ^-x.

На рис. 6.1 приведена зависимость показателя степени x при l от радиуса частиц r, характерная для систем с сильным отличием показателей преломления вещества частиц и дисперсионной среды. На этом основан получивший значительное распространение в экспериментальной практике метод определения размеров частиц, называемый методом "спектра мутности".

Приборы для изучения рассеяния света дисперсными системами делятся на нефелометры и турбидиметры; в качестве последних используются также абсорбциометры, колориметры и спектрофотометры. Нефелометрами называются приборы, непосредственно измеряющие интенсивность света, рассеянного в определенном направлении (или, реже, в различных направлениях). Турбидиметры измеряют общее рассеяние света под всеми углами по уменьшению интенсивности проходящего света (по эффективной абсорбции света) и могут, вообще говоря, применяться лишь для бесцветных золей. По методам регистрации все приборы делятся на визуальные и фотоэлектрические с различными типами фотоэлементов и фотоумножителей. Фотоумножители применяются обычно в нефелометрах, поскольку в них необходимо измерять весьма слабые световые потоки. Ниже приведены краткие описания основных приборов.