Лабораторна робота 17 Визначення середнього розміру частинок "білих" золів оптичними методами Мета роботи: визначити середній розмір дисперсних частинок "



Скачати 123.57 Kb.
Сторінка1/3
Дата конвертації13.05.2019
Розмір123.57 Kb.
Назва файлуЛабораторна №2.docx
ТипЛабораторна робота
  1   2   3

Лабораторна робота 17

Визначення середнього розміру частинок “білих” золів оптичними методами




Мета роботи: визначити середній розмір дисперсних частинок “білих” золів методом “спектра мутності”.
Основні теоретичні відомості
Взаємодія світла з дисперсними системами має деякі особ­ливості, пов'язані з розсіюванням світла частинками дисперсної фа­зи. Теорія оптичних властивостей дисперсних систем досить склад­на. Релеєм був розглянутий найпростіший випадок розсіювання світла в колоїдних системах за умов, що а) частинки, які розсіюють світло є прозорими або білими (так звані “білі” золі); б) концент­рація дисперсної фази в колоїдних розчинах низька, тобто розчини є розведеними; в) розмір частинок дисперсної фази складає 0,1 від довжини хвилі падаючого світла; г) форма частинок дисперсної фази є ізометричною (близькою до сферичної); д) речовина диспер­сної фази не поглинає падаючого світла, оптично ізотропна і неелектропровідна.

Розмір частинок визначають за величиною “характеристичної” мутності (у випадку відповідності закону Релея) або методом “спектра мутності”.

За законом Релея інтенсивність світла, розсіяного одиничним об’ємом дисперсної системи, визначається рівнянням:

(17.1)

де Iр та Iо — інтенсивності розсіяного у всіх напрямках та падаючо­го світла, відповідно; nо та n — показники заломлення речовини дисперсійного середовища та дисперсної фази; — часткова кон­центрація системи; V — об’єм частинки та — довжина хвилі па­даючого світла.

Це рівняння застосовується для розведених систем з незабарв­леними частинками, що не проводять електричний струм та мають сферичну форму і розміри менші, ніж 0,1.


Значно складнішими є закономірності світлорозсіювання час­тинками з розмірами, близькими до довжини світлової хвилі, а та­кож закономірності світлопоглинання чи світлопроведення. У ви­падку світлорозсіювання змінюється характер залежності інтенсив­ності розсіювання світла від довжини його хвилі. Для непровідних і непоглинаючих частинок показник ступеня при λ зменшується від 4 (при релеєвському розсіюванні) до 0 (при переході до відбиття світла великими частинками), так що τ~ λ–x. На рис.17.1 наведена залежність показника ступеня x при λ від радіуса частинок r, харак­терна для систем із сильною відмінністю показників заломлення

Рис.17.1. Залежність x від розміру частинок.


частинок дисперсної фази і дисперсійного середовища. На цьому заснований метод "спектра мутності", який широко використо­вується в експериментальній практиці.

Рівняння 17.1 після відповідних перетворень можна записати у вигляді:



Iр/Iо = kV, (17.2)

де — об’ємна концентрація дисперсної фази, яка дорівнює ·V, а



(17.3)

Відношення Iр/Iо для шару розчину з довжиною 1 м називається мутністю () системи. Оскільки реальні вимірювання проводять в оптичних кюветах визначеної довжини, то

= (Ip/I0) /L (17.4)

де L – довжина кювети.

Підставляючи у рівняння 17.2  = Iр/Iо та перетворюючи його, одержуємо:

V= τ/(k) (17.5)

Враховуючи те, що рівняння Релея справедливе лише для роз­ведених колоїдних розчинів, то для визначення розмірів частинок рівняння 17.5 перетворюють у рівняння:

V = []/k (17.6)

де [] — характеристична мутність, яка дорівнює lim (/) о.

Для дисперсних систем, що містять частинки з розмірами в інтервалі 0,1  r  0,3, показник ступеня довжини хвилі світла у рівнянні Релея 17.1 стає відмінним від 4, зменшуючись при збіль­шенні розміру частинок до 0. Тоді рівняння Релея перетворюється у рівняння Гелера:

 = k1x, (17.7)

де (17.8)

Величина x є функцією розміру частинок, обчислена за теорією К.С.Шифрината та І.Я.Слонима і представлена на рис.17.1. Для її визначення експериментально вимірюють мутність системи на різ­них довжинах хвиль світла.

Використовуючи рівняння (17.7) у логарифмічній формі,

lnlnk1 - xln, (17.9)

визначають х за тангенсом кута нахилу прямої координатах lnln (або координатах lgDlg). Знаючи величину х і, корис­туючись графіком на рис.17.1, визначають середній размір частинок золю.

Мутність колоїдних систем визначають не за прямим вимірю­ванням інтенсивностей розсіяного Iр та падаючого Iо світла, а роз­раховують із величини інтенсивності світла, що пройшло через систему In, яку вимірюють за допомогою фотоелектроколориметра КФК-2.

Зменшення інтенсивності світла dI за законом Бугера-Ламбер­та-Бера, при проходженні через шар речовини пропорційне інтен­сивності світла I та довжині шару dL, що приводить до рівняння

ln (Iо/ In) = εL, (17.10)

де ε — коефіціент екстинкції

Для розчинів “білі золі”, з якими проводять дослідження у ро­боті, поглинення світла (перетворення світлової енергії у теплову) відсутнє і зменшення інтенсивності світла при проходженні його через шар колоїдного розчину відбувається тільки за рахунок роз­сіювання світла у всіх напрямках частинками, що містяться у цьому розчині.

Тому In = Iо – Iр. Підставляючи значення In у рівняння (17.10), одержуємо:

ln(I0/(I0 – Ip)) = εL. (17.11)

Оскільки загальна інтенсивність розсіяного світла набагато менша, ніж інтенсивність падаючого (Iр « Iо), то рівняння (17.11) можна перетворити, розкладаючи натуральний логарифм у ряд та відкидаючи другий і наступні члени розкладання як величини другого та наступних ступенів малості, в рівняння:



lnI0/(I0-Ip) ≈ Ip/I0 = εL (17.12)

Порівнюючи рівняння (17.12) з визначенням мутності системи (рівняння 17.4), бачимо, що  = , тобто для систем, де поглинення світла визначається тільки його розсіюванням, коефіцієнт екстинк­ції дорівнює мутності.

Таким чином, рівняння (17.12) можна записати у вигляді L = Iр/Io, а оскільки Iр = Iо – In, то:

 = (Iо – In)/L*Iо. (17.13)





Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3


База даних захищена авторським правом ©bezref.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка