АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Краткие теоретические сведения. Уравнение Рэлея может быть использовано для определения размеров частиц формы, близкой к сферической

Уравнение Рэлея может быть использовано для определения размеров частиц формы, близкой к сферической, если их радиус R не превышает 0,1l длины волны падающего света. Уравнение Рэлея определяет интенсивность рассеянного света от размера частиц, угла рассеяния и длины волны падающего света:

,

где I ₀ – интенсивность падающего света, I – интенсивность рассеянного света, С – концентрация частиц в единице объема, V – объем частицы, l - длина волны падающего света, r – расстояние частицы от источника света (оптический путь), β – угол рассеяния. F – функция показателей преломления дисперсной и дисперсионной среды:

,

где n ₁, n ₀ – показатели преломления дисперсной и дисперсионных фаз соответственно.

Из уравнения Рэлея радиус частицы равен:

,

где С – концентрация взвешенных частиц, m – мутность системы,

.

Необходимым условием использования уравнения Релея для дисперсных систем является отсутствие поглощения света, а также минимум вторичного светорассеяния. Поэтому уравнение Рэлея применимо только для «белых» золей, т.е., не поглощающих свет дисперсных систем при очень низких концентрациях дисперсной фазы.

Для дисперсных сред, неудовлетворяющих уравнению Рэлея используют турбидиметрические измерения. Турбидиметрические методы основаны на измерении интенсивности проходящего через дисперсную среду света. Рассеянный свет можно считать фиктивно поглощенным, поэтому для дисперсных сред закон Бугера –Ламберта – Бера связывает мутность среды с кажущейся оптической плотностью:

,

где d – средний диаметр поглощающих свет частиц; и α – константы, зависящие от метода измерения и природы суспензии; λ – длина волны; l – толщина поглощающего слоя; С – концентрация определяемого вещества; I ₀ и I – интенсивность потока света – падающего и прошедшего через исследуемый раствор.

При постоянных значениях среднего диаметра частиц d, характера суспензии и α, длине волны λ

или ,

где K – молярный коэффициент мутности.

Мутность m = I / I ₀ и оптическая плотность D пропорциональна концентрации и квадрату объема частиц. Это позволяет определять размеры частиц и их концентрацию по кажущейся оптической плотности системы с помощью турбидиметрических измерений.

При увеличении размеров частиц закон Рэлея не выполняется, и интенсивность рассеянного света становится обратно пропорциональной длине волны в степени меньше чем четвертая. В общем случае для поглощающих золей степень при длине волны становится дробной, что делает невозможным использование уравнения Рэлея. Если размер (диаметр) взвешенных частиц составляет от 1/10 до 1/3 длины световой волны и показатели преломления частиц и среды не сильно различаются, то в случае турбидиметрических измерений можно пользоваться эмпирическим уравнением Геллера:

D = k l^{− n} и m = k ’l^{− n} ,

где k и k ’ – константы, не зависящие от длины волны.

Зависимость lg D или lgm от lgl представляет собой прямую, тангенс угла наклона которой равен – n. Показатель степени связан с длиной волны и размером частиц эмпирическим соотношением:

,

которое табулировано для n < 4 (табл. 1). С увеличением z значение n уменьшается в пределе к 2 для частиц, радиус которых больше длины волны. При малых значениях z показатель степени n стремится к 4 и выполняется уравнение Рэлея.

Контрольные вопросы

1. Как формулируется закон Рэлея для дисперсных систем?

2. Какова формула закона Бугера-Ламберта-Бэра для кажущейся оптической плотности?

3. Как зависят свойства дисперсных систем в от размера частиц?

4. Что такое дисперсионный анализ серий измерений?

5. Как влияет ошибка определения Z на расчет радиуса частиц?

6. Как влияет длина волны на точность определения радиуса частиц золя?

Цель работы: определение размеров дисперсных частиц, не подчиняющихся закону Рэлея.

Сущность работы. Экспериментально измеряют кажущуюся оптическую плотность дисперсной системы при различных длинах волн (в достаточно узком интервале l) и строят график в координатах lg D – lgl. Затем рассчитывают средний (наиболее вероятный) радиус частиц исследуемой дисперсной системы.

Оборудование и реактивы. Фотоэлектроколориметр; кюветы толщиной 1 см – 2 шт.; пипетка градуированная объемом 1 мл – 3 шт.; пипетка градуированная объемом 2 мл – 3 шт.; пипетка градуированная объемом 5 мл – 3 шт.; стакан химический или колба объемом 50 мл – 6 шт.; сульфат натрия – 1,1 г Na₂SO₄×10H₂O растворена в 50 мл глицерина (раствор I); хлорид бария – 2,45 г BaCl₂×2H₂O растворены в 50 мл глицерина (раствор II).

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 1315 | Нарушение авторских прав