View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Zmenšení intenzita světla
při prostupu hmotou:
průsvitné systémy s molekulárním nebo iontovým stupněm disperzity (plyny, většina kapalin a pravých roztoků, amorfní a krystalické látky)
převážně pravá absorpce
systémy s rozptýlenými částicemi koloidních nebo větších rozměrů
rozptyl světla (Tyndallův jev)
pravou absorpcí - pohlcené záření zvýší vnitřní energii molekul systému
a přemění se v teplo
Lambertův-Beerův zákon: I = I c xo e
( - extinční koeficient)
rozptylem na částicích systému,
- záření opět emitováno ve formě světelné energie
I = I xoe
( - turbidita)
pozorovatelný jen při různých indexy lomu disperzních částic a disperzního
prostředí !
hhhrrruuubbbééé dddiiissspppeeerrrzzzeee - (částice velké ve srovnání s vlnovou délkou světla)
odraz a lomu světelných paprsků na nerovném povrchu částic pod různými úhly
difuzní rozptyl za současné polarizace
- zákal, pozorovatelný v libovolném směru, i v tenkých vrstvách.
kkkooollloooiiidddnnnííí dddiiissspppeeerrrzzzeee - (rozměry částic srovnatelné s vlnovou délkou světla nebo menší)
intenzita rozptyleného světla nižší
- v tenkých vrstvách obvykle v procházejícím světle čiré;
jemný zákal až v tlustých vrstvách proti tmavému pozadí (opalescence)
IIInnnttteeennnzzziiitttaaa sssvvvěěětttlllaaa III ,,, rrrooozzzppptttýýýllleeennnéééhhhooo čččááássstttiiicccííí pppoooddd úúúhhhllleeemmm vvveee vvvzzzdddááállleeennnooossstttiii rrr
22 2 20
o 4 2 1
2 (1 cos ) d
d( 2 )A M
n w nI I
wN r B w
CCCeeelllkkkooovvvááá iiinnnttteeennnzzziiitttaaa sssvvvěěětttlllaaa rrrooozzzppptttýýýllleeennnéééhhhooo vvveee vvvšššeeeccchhh sssmmměěěrrreeeccchhh IIIrrr
232
r o 0 4 1
32 d
d ( 2 )3 A M
n wI I n
w B wN
n index lomu disperzní soustavy,
n0 index lomu čistého disperzního prostředí,
M molární hmotnost disperzního podílu,
w hmotnostní koncentrace
B druhý viriální koeficient -
B < 0 převládají přitažlivé síly mezi částicemi tendence ke shlukování disperzních částic, proto je
v daném okamžiku v některých objemových elementech koncentrace podstatně vyšší než
v jiných – fluktuace, velká intenzita rozptýleného světla
B > 0 převažuje vliv odpudivých sil, rovnoměrnější rozdělení disperzních částic v prostoru, snížení
průměrné fluktuace a nižší hodnota I Z těchto rovnic plyne:
podmínkou pro to, aby nastal rozptyl světla, je optická heterogenita systému - rozdíl v indexech lomu -
u lyofobních systémů splněno - intenzivní rozptyl;
u lyofilních systémů - slabší rozptyl;
při průchodu bílého světla systémem je světlo kratších vlnových délek (modré) mnohem více
rozptylováno než dlouhovlnné (červené)
U částic sice dostatečně malých ve srovnání s , ale anizometrických závisí rozptyl i polarizace na jejich
orientaci vzhledem ke směru osvětlení. Např. u jehlicovitých částic je rozptyl maximální, dopadá-li
světlo kolmo na jejich osu.
U kulovitých částic, jejichž rozměry jsou srovnatelné s , přichází světlo rozptýlené v různých bodech částice do místa pozorování s různou fází. Interferencí paprsků, které nejsou ve fázi, dochází k zeslabení intenzity. Interferencí se intenzita rozptylu oslabí zejména pro úhly větší než 90.
Rozptýlené světlo není v žádném směru úplně polarizováno.
U systémů, jejichž částice jsou schopny absorbovat světlo (pohlcená energie je přeměňována v teplo)
nebo jsou elektricky vodivé (soly kovů), vykazuje závislost rozptylu na vlnové délce maximum, kte-ré se při zvětšení stupně disperzity posouvá k červenému konci (barevnost kovových solů, jejichž barvy závisí na velikosti částic).
mimořádný
paprsek
řádný
paprsek
dopadající
světlo
(nepolarizované)
(polarizovaný)
(polarizovaný)
Metodami rozptylu světla lze stanovovat koncentraci disperzního podílu v koloidních nebo hrubých disper-
zích a mohou být použity i ke zjišťování velikosti, molární hmotnosti, tvaru a interakcí částic.
Měření rozptylu světla
Základní uspořádání přístroje pro měření
rozptylu světla
nnneeefffeeelllooommmeeetttrrriiieee - měření intenzity rozptýleného světla buď pod konstantním úhlem 90o, nebo v závislosti
na úhlu - používána pro systémy zředěné, příp. slabě zakalené
tttuuurrrbbbiiidddiiimmmeeetttrrriiieee - měření zeslabení primární-
ho paprsku způsobené rozptylem při průcho-
du paprsku disperzním systémem (k měření
procházejícího záření může být použit stan-
dardní spektrofotometr – není tedy třeba
zvláštního přístroje. Vhodnější pro koncen-
trovanější systémy (zeslabení primárního pa-
prsku zředěnými systémy je velmi malé). Mě-
ření zákalu např. při výrobě nápojů, v úpravnách vody, při měření koncentrace suspenzí apod.
V opticky anizotropním prostředí (optické vlastnosti zde závisejí na
směru) je rychlost šíření světla v různých směrech různá. Primární
paprsek se štěpí na dva paprsky, řádný a mimořádný, které postupují
různými směry. Tento jev se nazývá dvojlom světla. Optickou anizotropii
pozorujeme u krystalů všech soustav, kromě krychlové. Anizotropní krystaly jsou
opticky jednoosé nebo dvojosé.
Paprsek, který dopadá na stěnu jednoosého krystalu se při vstupu
rozkládá na dva paprsky, z nichž každý se láme jiným způsobem:
Paprsek řádný, který je polarizován, se nevychyluje z roviny
dopadu a jeho vlnoplocha má tvar koule; pro tento
paprsek je krystal opticky izotropní. Paprsek
mimořádný, který je polarizován v rovině
kolmé na polarizační rovinu paprsku
řádného, při lomu se vychyluje
z roviny dopadu a jeho
vlnoplocha má tvar
rotačního elipsoidu.
Pouze ve směru optické osy krystalu dvojlom nenastává. V opticky dvojosých krystalech jsou takové směry
dva a poměry jsou značně složitější.
ppplllyyynnnyyy aaa kkkaaapppaaallliiinnnyyy,,, kkkooollloooiiidddnnnííí rrrooozzztttoookkkyyy - žádná stálá orientace částic (translační a rotační pohyb)
není možnost anizotropního uspořádání
zdrojsvětla
disperzní systémdetektor
procházejícíhozáření
detektorrozptýleného
záření
NEFELOMETRIE
TURBIDIMETRIE
dddiiissspppeeerrrzzzeee sss aaannniiizzzooommmeeetttrrriiiccckkkýýýmmmiii čččááássstttiiiccceeemmmiii - orientace se disperzních částic delšími osami ve směru toku
dvojlom za toku (systém se za toku chová jako opticky jednoosý krystal
s optickou osou totožnou se směrem toku)
Dvojlom za toku umožňuje dokázat anizometrii částic stu-
dovaného solu a z naměřených charakteristik dvojlomu (např.
z rozdílu indexů lomu řádného a mimořádného paprsku) stano-
vit molární hmotnost lineárních polymerů.
Částice hrubě disperzních systémů – viditelné v optickém mikro-
skopu. Index lomu částice musí být dostatečně odlišný od indexu
lomu prostředí. Zvětšení určuje velikost obrazu, ale rozlišovací
schopnost určuje množství rozlišitelných detailů.
RRRooozzzllliiišššooovvvaaacccííí sssccchhhooopppnnnooosssttt mmmiiikkkrrrooossskkkooopppuuu - posuzována podle meze rozlišení, rovné vzdálenosti d
mezi dvěma body, které je zapotřebí, abychom dostali jejich zřetelně odlišné obrazy.
Rozlišovací schopnost je tedy tím větší (tj. d tím menší), čím je větší index lomu optické-
ho prostředí n a odklon krajních paprsků, které ještě vstupují do objektivu, od optické osy
(úhel ) nebo čím je menší vlnová délka použitého světla .
Podmínky pro pozorování koloidních částic v ultramikroskopu
sol musí být dostatečně zředěný, aby vzdálenost mezi částicemi
byla větší než rozlišovací schopnost mikroskopu; jinak by
jednotlivé body splývaly;
částice nesmějí být ani příliš malé, ani příliš velké. V prvém případě by nebyly vidět pro
malou intenzitu jimi rozptylovaného světla, ve druhém případě by pozorování rušily
difrakční kruhy, které se tvoří okolo větších částic;
indexy lomu disperzní fáze a disperzního prostředí musí být dostatečně rozdílné, jinak je rozptyl
nepatrný a částice málo zřetelné.
anizometrické částice - blikají
Stanovení velikosti částic nepřímou cestou:
Ve vzorku solu objemu V se určí střední počet disperzních částic N, ze známé hmotnostní koncentrace solu w a
hustoty disperzního podílu p - objem částice υ:
p
p
m w Vw
V Nυ
r = (3 υ /4)1/3
Schéma
Optického Ultramikroskopu Ultrakondenzoru
mikroskopu
sind
n
ux
ux duxh+ ( / dy)(a)
(b)
(c)
místo světelných paprsků - svazek rychle letících elek-
tronů - záření velmi krátké vlnové délky, dané použitým
urychlujícím napětím
vlnová délka elektronu o hmotnosti me
náboji e de Brogliův vztah
rychlosti ve,
Rychlost elektronu závisí na urychlujícím napětím U
e
eeem
UUm
. e 2
v e = v2
1 2
9h 1
1,23 102 e eU m U
Při průchodu předmětem se elektrony rozptylují na tuhých částicích do
stran; tlustší vrstvy a specificky těžší partie předmětu rozptylují více.
Rozptýlené elektrony opustí osu mikroskopu a nevytvářejí obraz.
Proto vypadají hmotnější části na obrazu méně prosvětlené.
Tím je také omezena tloušťka zkoumaného předmětu; příliš
silné vrstvy jsou neprůhledné bez ohledu na své složení.
Vytvoření obrazu: pomocí magnetických nebo elektrostatických čoček.
Zdroj elektronových paprsků: trubice se žhavenou katodou, paprsky jsou
usměrňovány „kondenzorem“, procházejí předmětem do „objektivu“, za
kterým se vytváří první reálný obraz. Ten se zvětšuje „okulárem“ a na
fluorescenčním stínítku nebo na fotografické desce se vytváří druhý
reálný obraz, který lze ještě zvětšit fotografickou cestou.
preparáty musí být velmi tenké
musí snést vysoké vakuum
nárazy elektronů při ozařování v mikroskopu
disperze musí být před analýzou vysušena (evakuovaná cela)
zvětšení kontrastu a zjištění výšky nerovností povrchu - stínováním
dddiiifffrrraaakkkccceee aaa rrrooozzzppptttyyylll pppaaappprrrssskkkůůů XXX -
Debyeova-Scherrerova metoda (odraz paprsků na krystalových rovi-
nách, které splňují podmínku n = 2 d sin , kde n je celistvý násobek vlnové délky, d vzdálenost dvou sou-
sedních mřížkových rovin a je úhel, který svírají paprsky s mřížkovou rovinou),
krystalické látky - charakteristiské obrazce: soustředné kruhy nebo oblouky
amorfní materiály - jen difuzní kruhy
dddiiifffrrraaakkkccceee eeellleeekkktttrrrooonnnůůů - pro velmi tenké filmy nebo povrchové vrstvy
(mnohem menší schopnost pronikání)
ve e
hm
Recommended