Ультрамикроскопия

Метод ультрамикроскопии основан на явлении рассеяния света коллоидными частицами.

Чтобы определить размер частицы с помощью ультрамикроскопа, через определенные промежутки времени определяют число частиц и в фиксированном объеме V разбавленного золя (среднее значение ста измерений).

Масса частиц дисперсной фазы т в видимом объеме V

т = CV, (102)

где т - масса частиц дисперсной фазы, кг; С - массовая концентрация (масса частиц дисперсной фазы в 1 м3 золя); кг/м3; V — видимый в ультрамикроскоп объем золя, м3.

Масса одной частицы т0

т C-V /1ло

т0=- = —, (ЮЗ)

где п - число частиц дисперсной фазы, видимых в ультрамикроскоп.

Тогда объем одной частицы дисперсной фазы

0 _ C V г о — — ,

(104)

р п-р

где р - плотность частиц дисперсной фазы, кг/м3.

4 о

Для частиц сферической формы Vo =-тгг, для частиц кубической формы Vo = I3.

Тогда средний радиус одной шарообразной частицы будет равен

з | 3-C V г = ----

(105)

д/ 4-п-п-р

Длина ребра кубической частицы

(106)

Поглощение света и окраска золей

Свет, проходя через дисперсную систему, частично поглощается. Интенсивность падающего и прошедшего через дисперсную систему света связаны законом Бугера-Ламберта-Бера

I = 10 ? е~?'.

где 10 и I - интенсивности падающего и прошедшего света соответственно; I - толщина поглощающего слоя; ? - коэффициент поглощения, характеризующий поглощающее вещество;

- концентрация дисперсной фазы.

Логарифм отношения интенсивности падающего света к интенсивности прошедшего света называется оптической плотностью (Л)

lg'j = A.

На практике уравнение (23) используют в следующем виде

А = /<7^ = ^.

Проверка применимости закона Бугера-Ламберта-Бера

  • ? аналитическая - вычисленные значения коэффициента поглощения г для различных концентраций одного и того же золя должны иметь близкие численные значения.
  • ? графическая - зависимость оптической плотности от концентрации должна быть линейной и выходить из начала координат (градуировочная прямая). Если поглощение света дисперсной системой подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, то измерив оптическую плотность золя, можно найти концентрацию дисперсной фазы.

Пример 1.

Задание

При исследовании гидрозоля серебра с помощью ультрамикроскопа в видимом объеме зафиксировано 10 частиц. Площадь поля зрения составляет 4,5 • 10-8 м2, глубина пучка 8 ? 10-6 м. Приняв форму частиц за шарообразную, вычислить их средний радиус. Массовая концентрация золя составляет 3 • 10-5 кг/м3, плотность серебра - 10,5 • 103 кг/м3.

Последовательность решения задачи

  • 1. Объем раствора в поле зрения микроскопа равен произведению площади поля зрения микроскопа 5 на глубину пучка света h v = s • h = 4,5 • 10"8 m2 • 8 ? IO-6 jw = 3,6 ? 10“13 m3.
  • 2. Средний радиус частиц золя вычисляют по уравнению з13-3-10-5 5-3,6-10-13 м3

г = ----= -----------—— = 2,9-10 ь м.

4-п-п-р 4-3,14-10-10,5-1O3 ---------

Пример 2.

Задание

Получены следующие значения пропускания излучения I (в процентах) через слой золя мастики различных концентраций С и толщины I:

Концентрация С, %

0,8

0,4

0,1

Толщина слоя 1 - 103, м

2,5

2,5

5,0

Пропускание, %

1,3

9

30

Для проверки применимости закона Бугера-Ламберта-Бера вычислите коэффициент поглощения ? для каждой концентрации золя мастики.

Последовательность решения задачи

Выразим из (109) величину коэффициента поглощения е

_ 2,3-(lgI0-lgI)

С-1

С учетом, что /0 = 100%, рассчитаем значение ? для каждой концентрации золя

? _ 2,3-(1д10—1дГ) _ 2,3(^100-/01,3) = 2 2 • Ю3

С-1 0,8-2,5-10-3

? = 2,3-(1д10-1дГ) _ 2,3(lgl00-lg9) = 3

С-1 0,4-2,5-10-3

? _ 2,3-(JgI0-lgI) = 2,3(lgl00-lg30) = 2 4 • 103

С-1 0,1-5-10-3

Вычисленные значения коэффициента поглощения ? для различных концентраций золя мастики имеют близкие значения, следовательно, закон Бугера-Ламберта-Бера применим.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >