9.7.1. Дисперсные системы, подчиняющиеся уравнению Рэлея.

Размер частиц можно определить двумя методами: нефелометрическим и турбидиметрическим. Методом нефелометрии измеряют непосредственно интенсивность света, рассеянного под некоторым углом к падающему лучу света. Методом турбодиметрии измеряют ослабление интенсивности света, проходящего через дисперсную систему. Метод турбидиметрии основан на том, что при прохождении света через коллоидный раствор, содержащий малые прозрачные частицы, поглощение практически отсутствует и ослабление интенсивности падающего света равно полной интенсивности света, рассеянного коллоидным раствором во всех направлениях (полное светорассеяние). Для систем, содержащих частицы с размерами значительно меньше длины световой волны, величина полного светорассеяния подчиняется уравнению Рэлея. В этом случае, измерив фотометром или колориметром ослабление интенсивности падающего света и воспользовавшись уравнением Рэлея, можно определить средний размер частиц.

Рассмотрим поглощение света 1 см³ вещества, то есть , , тогда уравнение примет вид:

Рис. 9.5.

; (9.11)

Закон сохранения энергии в данном случае приводит к равенству:

(9.12)

где , , – интенсивности соответственно прошедшего, рассеянного и падающего света.

Преобразуем это уравнение, поделив на :

(9.13)

(9.14)

где – мутность.

(9.15)

(9.16)

С другой стороны , следовательно, (9.17).

Запишем уравнение в общем виде:

Выразим через оптическую плотность:

; (9.18)

Для дисперсных систем со сферическими частицами уравнение Рэлея можно записать в таком виде:

(9.19)

где - полная интенсивность света, рассеянного 1 см³ системы; – объемная доля дисперсной фазы; – объем частицы, см³.

Отсюда можно вычислить объем частиц:

(9.20)

где (9.21)

Уравнение Рэлея справедливо лишь для разбавленных растворов, так как оно не учитывает вторичного рассеяния света и взаимодействия между частицами. Поэтому для определения размера частиц следует найти для ряда растворов с разной кратностью разбавления и экстраполировать величину до .

(9.22)

Весьма удобным объектом исследования оптических свойств коллоидных систем являются латексы, представляющие модель гидрофобных золей. Они являются двухфазными и трехкомпонентными системами, состоящими из полимерных частиц ультрамикроскопических размеров, взвешенных в серуме – водном растворе стабилизатора. В качестве стабилизатора применяют различные поверхностно-активные вещества (соли жирных и сульфокислот).