Оптическая плотность (экстинкция)

По мере увеличения размеров частиц интенсивность рассеян*! ного света перестает возрастать в зависимости от объема Кчастш [см. формулу (8.2)], и рассеяние становится неравномерным.

Рассеяние света, схема которого приведена на рис. 8.1, отличается от рэлеевского и имеет место тогда, когда размерь частиц лежат в диапозоне

0,1А,<а<Л.

Если размер частиц соизмерим с длиной волны, то основной причиной рассеяния света становится дифракция. Дифракщ заключается в огибании лучом света частиц дисперсной фазы, учетом длины волны видимого света можно считать, что диапа* зон размеров частиц, для которых справедливо условие (8.6)_?1 колеблется в пределах 38—760 нм, т.е. он соответствует относи^ тельно крупным частицам высокодисперсных и относительно не большим частицам среднедисперсных систем.

Взаимодействие света с веществом определяется законами гео^-метрической оптики, если размеры частиц больше длины воль

а > X. (S.1

Особенности воздействия света на частицы относительнс больших размеров обусловлены интерференцией отраженных i преломленных лучей на границе раздела между дисперсной зой и дисперсионной средой. С учетом классификации частиг дисперсной фазы по размерам (см. табл. 1.3) можно заключит* что условие (8.7) выполняется для грубодисперсных и отчас для среднедисперсных систем.

Условия (8.1), (8.6) и (8.7) определяют особенности воздей­ствия света на частицы дисперсной фазы в зависимости от соот­ношения между длиной волны света и размерами частиц.

Оптические свойства дисперсных систем, способных к по­глощению, света, можно характеризовать по изменению интен­сивности света, прошедшего через эту систему. Если интенсив­ность падающего света обозначить через /₀ (рис. 8.2), а интен­сивность рассеянного света — /_р, то /_пр будет характеризовать ин­тенсивность прошедшего света. Интенсивность прошедшего света в отношении отдельных частиц определяется на основе закона Бугера — Ламберта:

(8.8)

" Л ^е ^ - ^J0 -

где к — коэффициент поглощения; а — размер частиц дисперсной фазы.

Интенсивность прошедшего света можно продставить как раз­ности между интенсивностью падающего /₀ и поглощенного ве­ществом /_пог света. Коэффициент поглощения можно рассматри­вать как величину, обратную расстоянию, на котором интенсив­ность света снижается в е раз, т.е. до 37% от первоначального зна­чения /₀. Так, для 1%-го раствора некоторых полимеров это рас­стояние соответствует примерно Юм.

Для оценки соотношения интенсивности прошедшего и па­дающего света можно воспользоваться уравнением (8.8), из ко­торого следует:

A = lg(/₀/y_p) = 0,43^. (8.9)

Величину Д называют оптической плотностью или экстинк-цией. Экстинкция хактеризует ослабление луча света при его рас­пространении в веществе. При рассмотрении отдельных частиц, когда соблюдается условие (8.7), экстинкция вызвана лишь по­глощением света.

В отношении дисперсной системы экстинкция может отра­жать не только поглощение, но и рассеяние света. В этих усло­виях коэффициент к в уравнениях (8.8) и (8.9) отражает сово­купное действие по­глощения и рассеяния света. Иногда рассеян-

Рис. 8.2.

Взаимодействие

Света с дисперсной

Системой

5—766

ный свет рассматривают как фиктивно поглощенный и опреде-" ляют суммарно поглощенный свет.

Коэффициент к зависит от массовой концентрации диспер-1 сной фазы \)_м и может быть представлен следующим образом:

к = к^, (8.10)1

где к_х — коэффициент пропорциональности, называемый мутностью.

Интенсивность рассеянного света, прошедшего через раствор 1 определенной концентрации или через дисперсную систему* определяется законом Бугера — Ламберта — Бера, который, учи-1 тывая уравнения (8.8) и (8.10), можно записать так:

¹пр ~ ^ло •> ■ v^o<il/.j

где а_с — толщина слоя дисперсной системы, вещества или раствора.

Если считать, что для дисперсной системы интенсивность! поглощенного света равна интенсивности рассеянного (/пр = I^A то учитывая уравнения (8.8)—(8.11), можно записать следующее| выражение для экстинкции:

Д=1Е —^— = 0,43^0,. (8.12)1

При помощи формулы (8.12) можно определить экстинкцив Д и коэффициенты к и к_{ для дисперсных систем с учетом раз-1 меров их частиц и концентрации дисперсной фазы \)_м.

Таким образом, рассеяние света высокодисперсными сие мами определяется по закону Рэлея, а ослабление света диспер-^ сными системами — по закону Бугера — Ламберта — Бера.

В реальных полидисперсных системах свойства частиц дис* персной фазы могут быть различны (например, часть частиН способна поглощать свет, а другая — рассеивать), поэтому опти М ческие свойства таких систем будут определяться рассеянием| поглощением и отражением света, а также рядом других оптщ ческих явлений.

Особенности рассеяния света растворами высокомолекуляр* ных соединений (ВМС) будут рассмотрены в гл. 19.

Упражнения