684

где Ip- интенсивность рассеянного света, 10-- интенсивность

падающего света, л- длина волны света. "1 и "2- показатели

преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, v-

численная концентрация. л- длина волны. Это выражение

справедливо для частиц диаметром 40-70 нм. что для видимого

света соответствует 0.1 А При увеличении диаметра частиц

большое значение приобретает отражение света.

Проаналиэируем выражение Рэлея.

1) Так как I p = f(y2). то в разбавленных растворах можно

определять численную концентрацию коллоидных чаСТI-Щ

2)I p = kv ·v 2 ·10' При постоянной массовой конценрации

уменьшим объем частицы в х раз. Тогда у увеличится в х

раз.	Смасс =const

уменьшение обьема частицы в х раз вызывает уменьшение

интенсивности рассеянного света не в х2, а в х раз. При

коагуляции коллоидных систем увеличение объема частиц

вызывает увеличение интенсивности рассеянного света.

3)	1и	= f	(-		1'\		Поэтому В случае видимого света синие лучи
						1.
	,		\.АЧ			)
	лучше рассеиваются. краСНЫе ЛУЧШе проходят
			I		.. 2		•• 2 \2
4)	1}'= j		lI		fll~	-	flo "I	Зависимость интенсивности	рассеяния
				и· ... "'n·
				"1		' - Q j
	от	разности					показате,,'1ей преЛО~,,1ления среды		и фазы

www.mitht.ru/e-library

приводит к тому, что при П1=ПО образуются прозрачные. не

рассеивающие свет системы, например, эмульсия глицерина в

четыреххлористом углеводороде. Это имеет большое

значение для определения молекулярной массы сополимеров,

состоящих из полимерных отрезков (блоков), образованных

разными мономерами (блоксополимеров). Подбирая

растворитель, показатель преломления которого равен

показателю преломления одного из блоков, делают его

невидимым. Тогда легко определяется молекулярная масса

другого блока. Этот метод получил широкое распространение

и называется методом невидимок.

5)Установлено, что поглощение света дисперсными системами,

как и в случае истинных растворов подчиняется закону Бугера­

Лам6ерта-Бера:

(3)

где 10- интенсивность падающего света, Inp- интеf.iСИВtolOСТЬ

прошедшего света, с- концентрация, 1- толщина слоя, g-

молярный коэффициент поглощения.

1u	1		(4)
ln--	= 2,31g-U = r.cf
lnp	Inp
другими характеристиками поглощения являются оптическая
плотность D = ig ~ (5)
	1;;р
	1l'	.100%	(6)
И светопропускание Т = -
	1

www.mitht.ru/e-library

Уравнение Бугера-Ламберта-Бера описывает ослабление

пучка света при прохождении через поглощающее вещество В

ИСТИННЫХ растворах это ос.паб.пение происходит то.пько за счет

пог.пощения.

В коллоидных растворах ослабление пучка света может

проходить за счет поглощения и рассеяния света. Тогда

уравнение принимает вид

1пр =1ое-(k+;)cf ,

(7)

где k- коэффициент ослаб.пения света вследствие рассеяния, Т.е

фиктивной абсорбции света. Ес.пи g =0, то ослабление света

происходит только вс.педствие фиктивной абсорбции:

т - 1 e-kcf

"пр -"о

(8)

Следует отметить, что в отличие от истинной абсорбции света, когда световая энергия абсорбируется системо~ и

превращается в тепловую, абсорбция, вызванная

светорассеянием, называется фиктивной.

Вкурсе ко.плоидноЙ химии рассматриваются такие

оптичеСКi'lе методы анализа дисперсности как: турбидиметрия,

нефелометрия. световая. темнопольная и электронная

микроскопия

Рассмотрим более подробно турбидиметрический метод

определения размера частиц, при котором измеряют ослабление

интенсивности света. прошедшего через дисперсную систему

www.mitht.ru/e-library

вкачестве прибора ДЛЯ проведения турбидиметрических

измерений можно использовать широко распространенные

фотоэле~'Троколориметры, предназначенные ДЛЯ определения

оптической плотности растворов. 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 светорасс;;еяние) Для систем,

содержащих частицы с размерами значительно меньше длины

световой вопны, величина полного светорассеЯl-lИЯ подчиняетс~

уравнению Рэлея. В этом случае, измерив фотометром или

калориметром ослабление интенсивности падающего света и

воспользовавшись уравнением Рэлея, можно определить средний

размер частиц.

Рассмотрим поглощение света 1 см3 вещества, при Р = 1!

€=O. тогда уравнение (8) примет вид

								1IIР =1ое-kc		1
										ln ~ == -kc (9)
										1(;
10							Iop	Закон	сохранения	энергии	в
		I	I
			I
	./	).:1"-				~ данном			случае	ПРIIIВОДИТ	1{
	у/		.	V				равенству
			I
			~				1",,+1"<1(( =10'

где Inp, Ipacc• 10- интенсивности cootbeTCtbeHt-IО прошедшеro рассеянного tI! падающего света.

www.mitht.ru/e-library

Преобразуем это уравнение, поделив на Io'

1"р	1fЮСС	1fЮСС	(10)
-	+-- =1, -- = т, где 'r-мутность.
10	10	10
-1'1P	= 1- т ;	ln -Il1р = ln(l- т).
10		10

I np

с другой стороны, In - = -kc , следовательно, T=kc (11)

10

Запишем уравнение в общем виде: 1"1' = 1ое-kcf. ,

I"P -kcf-	-rf
-=е	=е.
10

Выразим т через оптическую плотность:

ig.!L = D = т·f		; т= 2,3D .	(12)
I np	2,3	f

Для дисперсных систем со сферическими частицами уравнение

Рэлея можно написать в виде:

1	'74	3(	n	!2-	n	22 J2	• С _. v
расе = т ==-...!!.-
1f)	4		,			2	00 '
	А.	,1n- +			2n..

где Ipacc- полная интенсивность света, рассеянного

системы ; Собобъемная доля дисперсной фазы, у-

частицы. см3.

(13)

1 смЗ

объем

"-~.~__ ..~.....~ _.....	~~_.._. "5.......	~_....	J,7	_	т 1	\'14'}
Vf'-rtV.с-\а IVIvJI\nv COI"1 ...	'-'J'r"IО v ОСМ ..	,аv.t'.ч	~	-	~.-,

С",; k

www.mitht.ru/e-library

(15)

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 '/С06=О.

[Т]= lim(-i-)	(16)
Q6 СoF> ~O

Весьма удобным объектом исследования оптических свойств

коллоидных систем являются латексы, представляющие модель

гидрофобных золей. Они являются двухфазными

трехкомпонентными системами, состоящими из полимерных

частиц ультрамикроскопических размеров, взвешенных в серуме­

водном растворе стабилиэатора. В качестве стабилизатора применяют различные поверхностно-активные вещества (соли

жирных кислот и сульфокислот)

2.Экспериментальная часть Оборудование и реактивы:

Фотоэлектрический колориметр типа КФК-З

Пипетки емкостью 1, 3, 5 мл

Мерные колБы на 50 мл (4 шт )

_.Фильтровальная бумага

Исследуемый раствор

www.mitht.ru/e-library

2 1 Порядок выполнения работы

От преподавателя получают синтетический латекс с

известным содержанием полимера и из нею готовят 4

разбавленных раствора. В работе с латексом разбавление

проводят следующим образом. Из исходного 0,5% латекса

отбирают 1, 2, 4, 6 мл И разбавляют их до 50 мл

дистиллированной водой. Сразу после приготовления растворов

следует промыть пипетки.

Измерение оптической плотности осуществляется на фотоэлектрическом колориметре типа кФк-з с применением

светофильтра. Ниже оГ!исаны устройство фотоэлектрического

колориметра типа кФк-з и порядок работы на нем.

Принцип действия колориметра состоит в измерении

\oIнтенсивности света. проходящего через ц:ювету с исследуемым

раствором, и сравнении этой интенсивности с интенсивностью

света. проходящего через такую же кювету с растворителем.

Световые лучи проходят от лампы накаливания через ОПТИl.lескую

систему, кювету с раствором, светофильтр и падают на

селеновый элемент, включенный в цепь микроамперметра. В

зависимости от степени поглощения световых лучей

исследуемым раствором, от интенсивности света, падающего на

элемент, ток, возникающий в фотоэлементе, вызывает

соответствующее отклонение стрелки измери:ельного прибора

1)Работа на приборе производится следующим образом

1)УстаНОSИТD а кюветное отделение кюветы с

растворителем или контрольным раствором по

отношению. к которому производится измерение. и

www.mitht.ru/e-library

30

исследуемым раствором. Кювету с растворителем или

контрольным раствором установить в дальнее гнездо

кюветодержателя, а кювету с исследуемым раствором - в

ближнее гнездо КIOветодержателя.

В световой пучок - установить кювету с растворителем

(рукоятка 4- влево до упора) Если измерение проводится

относительно воздуха, например, для образца из стекла

или другого прозрачного материала, то в этом случае

дальнее гнездо кюветодержателя должно быть свободным.

2)Установить ручкой 2 длину волны, на которой

ПРО80ДЯТСЯ измерения раствора. Длина волны высветится на верхнем цифровом табло.

Примечание. При работе на длине волны 400 нм возможна нестабильная работа фотометра. Во

избежание этого устанавливайте длину волны (400±2) нм, где

стаБИЛЬНОСТI:: работы Вас устроит.
З) При закрытой крышке кюветного	отделения нажать
клавишу «Г». На нижнем цифровом	табло слева от

мигающей запятой высветится символ «Г». Нажать клавишу

«П» или·' «Е». Слева от мигающей запятой высветится

соответствеНно символ .{(П» ИЛИ «Б>, а справа от мигающей

запятойсоответственно значения «100,0 ±0,2» или «0,000

±О.ОО2», означающие, что начальный отсчет пропускания

(100,0%) или оптичесКОЙ плотности (0,000) установился на

фотометре правильно.

www.mitht.ru/e-library

31

Если отсчеты .«100,0 :1:0,2» или «0,000 ±0,О02»

установились с большим отклонением, нажать на клавиши

«Г», «П» или «Е}} повторно, соблюдая небольшую паузу

(3-5 с)

Открыть крышку кюветного отделения и нажать клавишу

НУЛЬ, закрыть крышку, нажать клавишу Пили Е.

Примечание. Для проверки правильности учета

«нуля» откройте крышку кюветного отделения, при этом

отсчет на табло должен быть (0,00 ±0,02).

4) Затем рукоятку 4 установить вправо до упора, при

этом в световой пучок вводится кювета с исследуемым

раствором. Отсчет на световом табло справа от мигающей запятой соответствует коэффициенту пропускания или

оптической плотности исследуемого раствора.

11.1.5. Повторить операции по ПП. 1) - 4) три раза,

вычислить среднее арифметическое значение измеряемой

величины.

2.2. Расчет размеров частиц

Экспериментальные и расчетные данные оформляются в

виде таблицы 1.

www.mitht.ru/e-library

Таблица 1.

Форма записи данных для расчета t/Соб

,г

I

I С

, I,

Соб,

I ..

I

I

масс

"

I т./Соб

D

см3полимера

Разведение

г/см3

см·1

I

см3системы

По экспериментальным результатам вычисляют средний

радиус глобул латекса.

1)Рассчитывают величину массовых концентраций (Смасс) И

объемных концентраций (Соб) для каждого разведения по

известному содержанию сухого остатка и плотности полимера.

2)Рассчитывают величину "с для всех разведений по формуле

(12) приf =1.

3)Рассчитывают значение 'С/Соб.

4)Строят график в координатах t/Соб от Соб И путем

экстраполяции I-iаходят величину Т!СОб при Соб=О

5) Вычисляют величину k по формуле (15),подставив в нее

л А,ви..

значение А = -- .

112

6)Рассчитывают объем глобул V по уравнению (14), подставив в него значение -О:/Соб при Соб=О.

7)PaCC'-iитывают радиус глобул латексов по формуле

r -1'/зv	(17)
-V4Jr

www.mitht.ru/e-library