Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (1157045), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Возможность получения окрашенных золей с самыми различными цветами (усиливающимися за счет многократного рассеяния) издавна используется для получения красителей и окрашенных стекол. Например, рубиновые стекла — это коллоидные растворы золота (- 10 %) в стекле. Аналогично могут окрашиваться естественные и -4 искусственные драгоценные камни и самоцветы. Ряд специфических оптических свойств наблюдается в системах с частицами дисперсной фазы, обладающими а ни з от р о п и ей п о л я р и з у е м о с т и. При этом ось диполя, наведенного первичной волной в частице, не совпадает с направлением вектора электрической напряженности падающей световой волны.
Это приводит к тому, что дипольные моменты, возникающие в хаотически располо- 216 женных частицах при освещении системы поляризованным светом, направлены под различными углами к исходному направлению поляризации. В результате в рассеянной световой волне появляются компоненты света с перпендикулярной поляризацией, т. е. происходит частичная деполяризация света (рис. Ч-12). К Кришнаном были рассмотрены и дру- ГИЕ ПРИЧИНЫ ЧаетИЧНОй ДЕПОЛЯРИЗапнн Рнс.
У-12. Схема часпгчной света при рассеянии, связанные с несо- деполяризации света блюдением условия г < Х/10 и анизотропией частиц. Важным свойством систем с а ни з от р о пи ы ми и ан из о м е т р и ч н ы м и частицами является возможность ориентировки частиц под действием внешних сил. При этом не только резко изменяются условия светорассеяния, но и возникает двулучепреломление, т. е.
для лучей со взаимно перпендикулярной поляризацией средние значения показателей преломления оказываются различными. Ориентировка частиц и возникновение двулучепреломления могут быть обусловлены воздействием на дисперсную систему электрического (эффект Керра) или магнитного (эффект Коттона — Мугояа) полей, а для анизометричных частиц — течением среды (эффект Максвелла).
Возникновение двулучепреломления может происходить как для оптически анизстропных частиц дисперсной фазы, так и для оптически изотропных, но анизометричных частиц при различии показателей преломления частиц днсперсной фазы и и дисперсионной среды и . Эти две составляющие двулучепреломления могут быть выявлены при варьировании показателя преломления дисперсионной среды.
Собственное двулучепреломление частиц, характеризуемое разностью показателей преломления необыкновенного и, и обыкновенного и, лучей не зависит от показателя преломления среды и сохраняется в среде с тем же показателем преломления, что и у частицы. Как показано О. Винером, для ориентированных в потоке оптически изотропных, но мгнзометричньи частиц двулучепреломление и,— и, пропорционально величине (и — пг)~. При этом коэффициент пропорциональности положителен для палочкообразных частиц и отрицателен для пластинчатых.
Для частиц, обладающих собственной оптической анизотропией и анизометрией, эти эффекты складываются. Чтобы различить две составляющие двулучепреломлення и тем самым получить определенные сведения о форме частиц, измеряют зависимость двулучепреломлення и, — и, от показателя преломления среды.
Для палочкообразных частиц обнаруживается минимальное двулучепреломление (рис. тг-13), а для плоских — максимальное. Двулучепреломление в точке экстремума обусловлено лишь собственной анизотропией частиц. Двулучепреломление может сочетаться с дихроизмом — избирательным поглощением одного из преломленных лучей. В таком случае дисперсная система с соориенти- 217 п~ пи п„)частиц Рис. т'-13.
Зависимость двулучепреломления дисперсной системы от показателя преломления среды рованными частицами может служить аффективным поляризатором света. На этом явлении основано действие поляризационных пленок, содержащих, например, гершатит (иодосульфат хинина). Ч.5. Методы дисперсионного анализа Многие свойства дисперсных систем, как уже рассмотренные выше, так и анализируемые в последующих главах, определяются степенью диспергированности вещества дисперсной фазы, а также характером распределения частиц по размерам. В связи с этим были предложены самые разнообразные методы изучения дисперсного состава системы (дисперсионного анализа), многие из которых основаны на изучении рассмотренных выше процессов переноса. Разнообразие методов дисперсионного анализа связано прежде всего с тем, что для всех методов существуют ограничения по областям размеров частиц, которые могут исследоваться с применением этих методов; существенное значение имеет также степень сложности применяемой аппаратуры, полнота и скорость получения информации и другие факторы.
Наиболее полная информация, которая может быть получена при дисперсионном анализе, включает в себя определение функции распределения частиц по размерам (а в некоторых случаях и по форме частиц); некоторые методы дисперсионного анализа дают только информацию о среднем размере частиц, к которой иногда добавляются сведения о некоторой условной ширине распределения. Эти понятия требуют более полного рассмотрения, поскольку разные методы исследования могут давать при изучении одной и той же системы разные функции распределения и средние размеры. Различают дифференциальные и интегральные (кумулятивные) функции распределения частиц по размерам, которые связаны между собой соответственно операции дифференцирования и интегрирова- 218 иия.
При этом при определении функции распределения, строго говоря, должны указываться два параметра — «что» распределено и по «чему» рассматривается распределение. Первым параметром может быть число частиц, их суммарный объем или масса (что обычно безразлично, поскольку проводится нормировка на общий объем или массу всех частиц), их суммарная поверхность. Второй параметр характеризует размер частиц; это может быть их радиус, объем, масса, реже поверхность. Соответственно, если рассматривается дифференциальная функция распределения, например, числа частиц по радиусам Яг), то она имеет вид: Ьч ,г"„(г) = — .
ч,Ьг Величина Дг) представляет собой число частиц Ьх с радиусами в инЬг Ьг тервале от г- — до г+ —, отнесенное к общему числу частиц всех 2 2 размеров м„и величине Ьг, т. е. долю общего числа частиц, приходящуюся на частицы в рассматриваемом интервале радиусов. В зависимости от возможностей методадисперсионного анализа могут получаться либо непрерывные функции распределения (Ьг~ 0), либо гистограммы, в которых высота столбцов отражает количество вещества в заданном интервале радиусов, а ширина — величины Ьг (не всегда одинаковые в разных областях размеров частиц).
Интегральная функция распределения с),(г) связана с дифференциальной соотношением: д„(г) представляет собой долю общего числа частиц, приходящуюся иа частицы с радиусом большим г (именно так принято определять интегральные функции распределения в коллоидной химии, тогда как при изучении молекулярно-массового распределения растворов макромолекул обычно рассматривают суммирование по массам молекул, меньшим текущего). Использование интегральных функций распределения связано с двумя обстоятельствами: во-первых, они имеют более простую форму и поэтому для них легче осуществлять сглаживание полученной кривой и, во-вторых, по ним проще определять долю частиц, приходящихся на определенный интервал размеров Ьг: она просто равна разности соответствующих значений фг+ Ьг) — д(г).
2!9 Разные методы дисперсионного анализа в качестве первичной информации дают различные функции распределения в зависимости от того, какие параметры измеряются в эксперименте; в дальнейшем часто производится пересчет к другим параметрам; при этом надо помнить, что при таком пересчете могут возникать погрешности„величина которых может быть различной в разных интервалах размеров частиц. В соответствии с различными функциями распределения по-разному определяются и средние размеры частиц. В общем случае можно написать: ~г~(г)бг ~г "~„ЯЙ.
о о Г~~яйг ~г" ' ~„(гяг о о где показатель степени и определяется видом использованной функции распределения. Далее будут описаны основные методы дисперсионного анализа, преимущественно в порядке возрастания дисперсности систем, которые могут быть изучены с их применением, причем некоторые более простые методики будут лишь кратко упомянуты, а другие будут изложены более подробно.
Для грубодисперсных систем с твердыми частицами, чаще всего порошков, особенно в прикладных областях (геология, почвоведение, материаловедение) широко используется ситовой анализ, в котором исследуемая система пропускается через набор сит с постепенно уменьшающимся размером отверстий и затем проводится взвешивание порошка, оставшегося на ситах; получается гистограмма распределения веса порошка по размерам. Часто также для характеристики размеров частиц используют число отверстий на дюйм (меш). Ситовой метод анализа сухого порошка применим для частиц с размером большим 30 мкм; переход к взвесям порошков в жидкой дисперсионной среде позволяет еще несколько понизить минимальный размер разделяемых частиц из-за уменьшения сил их взаимодействия с поверхностью отверстий сита. Развитие методов автоматического анализа изображений привело в последние годы к резкому расширению областей применения оптических и электронно-микроскопических методов дисперсионного анализа в широком интервале размеров частиц (оптические методы до долей микрона, сканирующая электронная микроскопия — до нескольких нм, просвечивающая — до молекулярных и даже атомар- 220 ных размеров).
Современные варианты этих методов позволяют в автоматическом режиме получать самые разнообразные функции распределения, в том числе и учитывать форму частиц. К недостаткам этих методов можно отнести трудности подготовки представительной пробы и ее препарирования с обеспечением однослойного распределения частиц по поверхности.
Удобны для практического использования и получили широкое распространение (особенно в медицине для анализа крови) методы дисперсионного анализа, основанные на использовании кондуктометрического датчика (счетчики Коултера). В этих приборах дисперсная система с электропроводящей средой просасывается через отверстие в стенке пробирки; один электрод кондуктометрического датчика расположен в пробирке, другой — во внешнем сосуде, так что датчик измеряет электропроводность (сопротивление) области жидкости в отверстии.
Фиксируются пики сопротивления, возникающие при прохождении частиц через отверстия; они пропорциональны объему частиц. С помощью амплитудного анализатора получают функцию (чаще гистограмму) распределения числа частиц по их объемам. Область размеров частиц, которые могут быть определены этим методом, определяется диаметром отверстия (чаще всего это часовой камень из рубина или сапфира) и обычно ограничена снизу долями мкм. Широко используются для исследования дисперсных систем рентгеновские методы, отличие которых от оптических обусловлено малой длиной волны ренттеновского излучения по сравнению с размером частиц дисперсной фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
