§4 溶胶的光学性质溶胶的光学性质• 光散射现象光散射现象• Tyndall效应效应• Rayleigh公式公式• 乳光计原理乳光计原理• 浊度浊度• 超显微镜超显微镜 光散射现象光散射现象 当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，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）当光束通过粗分散体系粗分散体系，，由于粒子大于入射由于粒子大于入射光的波长，主要发生光的波长，主要发生反射反射，使体系呈现混浊使体系呈现混浊 （（2）当光束通过）当光束通过胶体溶液胶体溶液，由于胶粒直径小于可见，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生光波长，主要发生散射散射，可以看见乳白色的光柱可以看见乳白色的光柱 （（3）当光束通过）当光束通过分子溶液分子溶液，由于溶液十分均匀，散，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光看不见散射光 Tyndall效应效应 Tyndall效应实际效应实际上已成为判别溶胶与上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的分子溶液的最简便的方法。
方法可用来观察溶可用来观察溶胶粒子的运动以及测胶粒子的运动以及测定大小和形状定大小和形状 1869年年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从发现，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，这就是体，这就是Tyndall效应效应其他分散体系也会产生一点散其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著射光，但远不如溶胶显著 溶胶溶胶 Rayleigh公式公式 1871年，年，Rayleigh研究了大量的光散射现象研究了大量的光散射现象，对，对于粒子半径在于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能以下的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式，称为量的计算公式，称为Rayleigh公式：公式：式中：式中：I0—入射光强 入射光强 λ —入射光波长入射光波长 n1，，n2 —为分散介质和分散相的折射率为分散介质和分散相的折射率 —单位体积内的粒子数单位体积内的粒子数 V —单个粒子的体积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，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。
粒子间的距离大，没有相互作用 说明：说明：1. 散射光总能量与入射光波长的四次方成反比入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、射光波长愈短，散射愈显著所以可见光中，蓝、 紫色光散射作用强紫色光散射作用强 日光中，短日光中，短λ：：蓝光，紫光－－蓝光，紫光－－侧面侧面可见可见蓝紫光蓝紫光 长长λ的有：红光，黄光－－的有：红光，黄光－－透过光透过光呈呈红橙色红橙色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 用亦愈显著用亦愈显著 对于溶胶，是非均相，对于溶胶，是非均相，n 相差大，就强；相差大，就强； 而真溶液（大分子溶液）为均相，就弱而真溶液（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原理，可制成乳光计，用已知浓度去求未知胶体溶液的浓度 照射光从碳弧光源射击，经可调狭缝 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后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中。
的样品池中 超显微镜的目镜看到的是胶粒的超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射散射光光如果溶液中没有胶粒，视野将是一片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、超显微镜和粒子大小的测定 超显微镜(ultramicroscope)光源光源狭缝狭缝样品池样品池显微镜显微镜狭缝式超显微镜：光源射出的光经可调狭缝后，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，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可观察胶体粒子散射的光线 暗视野超聚光器暗视野超聚光器原理上，暗视野超聚原理上，暗视野超聚光器是将从显微镜反光器是将从显微镜反光镜来的光线，通过光镜来的光线，通过环形缝隙进入聚光器，环形缝隙进入聚光器，在聚光器内几经反射，在聚光器内几经反射，最后从侧面射到样品最后从侧面射到样品池上，这样就呈现为池上，这样就呈现为暗背景测光照射的情暗背景测光照射的情况 超显微镜的特点超显微镜的特点 普通显微镜普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上以上的粒子，所以看不到胶体粒子。
的粒子，所以看不到胶体粒子 超显微镜超显微镜分辨率高，可以研究半径为分辨率高，可以研究半径为5~150 nm的粒子但是，的粒子但是， 超显微镜观察的不是胶粒本身，而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用的手段之一d= /(2nsin ) 从超显微镜可以获得哪些有用信息？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可以测定球状胶粒的平均半径平均半径2）） 间接推测胶粒的间接推测胶粒的形状形状和和不对称性不对称性例如，球状例如，球状 粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有 闪光现象闪光现象3）） 判断粒子判断粒子分散均匀的程度分散均匀的程度粒子大小不同，散粒子大小不同，散 射光的强度也不同射光的强度也不同4）） 观察胶粒的观察胶粒的布朗运动布朗运动 、、电泳电泳、、沉降沉降和和凝聚凝聚等等 现象 粒子大小的测定粒子大小的测定 设某溶胶浓度为设某溶胶浓度为c（（kg/L)，，用超显微镜测出该溶用超显微镜测出该溶胶胶V体积内含有体积内含有ν个粒子，则每个粒子质量为个粒子，则每个粒子质量为cV/ν ，，若粒子半径为若粒子半径为r，，密度为密度为ρ，，则有：则有： 4 电子显微镜电子显微镜 显微镜分辨率显微镜分辨率d= /(2nsin )，，人眼分辨率人眼分辨率2×10-4m。
1、、 光学显微镜：与光的波长有关，最短到紫外，可光学显微镜：与光的波长有关，最短到紫外，可放大到放大到3500倍；倍；2、、 电子显微镜：电子显微镜： 与电子波的波长有关，而此波长又与电子波的波长有关，而此波长又与加速电位差有关，可调，与加速电位差有关，可调，λ可达到可见光的十万分之可达到可见光的十万分之一，这样可放大到几十万倍一，这样可放大到几十万倍。