Оптические методы исследования

 

Выше было отмечено, что эти методы пригодны для определения размера, формы и структуры коллоидных частиц.

С помощью светового микроскопа можно исследовать грубодисперсные системы. Для высокодисперсных систем пригодны ультрамикроскопия, электронная микроскопия, нефелометрия, турбидиметрия.

Разрешающая способность микроскопа составляет примерно половину длины световой волны. Это означает, что для обычного света (400–700 нм) можно видеть частицы не более 0,2 мкм. В ультрафиолетовой области фотосъемкой можно получить изображение частиц не более 0,1 мкм, а это означает, что коллоидные частицы в обычный микроскоп невидимы. Поэтому для наблюдений используется ультрамикроскоп. Принцип его действия состоит в следующем: на коллоидную систему сбоку направляют сильный луч света и с помощью обычного микроскопа наблюдают свет, рассеянный отдельными частицами. При этом должны соблюдаться следующие условия:

1. Золь достаточно разбавлен, чтобы частицы не сливались друг с другом.

2. Размер частиц должен обеспечивать их видимость, но при этом не должны возникать дифракционные кольца. Обычно 0,002–0,005 мкм.

3. Коэффициенты преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды должны достаточно отличаться друг от друга, чтобы светорассеяние было значительным.

Электронная микроскопия позволяет достигать разрешения 5,0–10,0 нм. В этом случае вместо световых лучей используется поток электронов, длина волны которого зависит от разности потенциалов ускоряющего поля и состаляет 0,02–0,05 ангстрема. Обычно увеличение составляет 5 000–50 000, а последующее фотоувеличение 5–10. Человеческий глаз может различить длину 0,2–0,5 мм, поэтому детали размером порядка 5,0 нм можно рассмотреть на электронной микрофотографии с увеличением 200 тысяч.

Недостаток метода – сложность подготовки образцов и необходимость поддерживать высокий вакуум.

Нефелометрия основана на способности коллоидных систем рассеивать свет. Метод позволяет определить размер, или концентрацию частиц, изучать явления коагуляции по интенсивности светорассеяния. В основе метода лежит уравнение Рэлея:

I_p = kcvI_o , (5.4 )

 

где c – объемная концентрация дисперсной фазы в системе.

Для работы с этим уравнением нужны сложные приборы – тиндальметры. На практике используют относительные методы нефелометрии. В них сравнивают опалесценции стандартного с известным размером частиц и исследуемого растворов, которые помещают в две одинаковые кюветы и освещают пучками света одинаковой интенсивности.

Кроме перечисленных методов широко используются рентгенография и электронография. В первом случае применяют рентгеновские лучи, во втором - поток электронов. Метод рентгенографии дает информацию о внутренней структуре коллоидных частиц, он широко использовался при изучении ВМС.