Оптические методы исследования коллоидных систем

Ультрамикроскоп

Коллоидные частицы по своим размерам меньше чем длина полуволны видимого света, и поэтому их нельзя увидеть в обычный оптический микроскоп.

В 1903 г. австрийские ученые Р. Зигмонди и Г. Зидентопф предложили для исследования золей использовать ультрамикроскоп, основанный на наблюдении светорассеяния с помощью обычного микроскопа (рис. 58).

Рис. 58. Схема ультрамикроскопа: 1 – источник света; 2 – линзы; 3– щелевая диафрагма; 4–кювета с исследуемым раствором

При освещении золя сбоку ярким и тонким пучком света рассеянный отдельными коллоидными частицами свет виден в микроскопе как светящиеся точки на темном фоне. Для того, чтобы были отчетливо видны отдельные частицы, необходимо применять очень сильный источник света, например, вольтову дугу.

Золь должен быть достаточно разбавленным, иначе в микроскопе будет видна сплошная светящаяся полоса, а не отдельные точки.

Ультрамикроскоп дает возможность наблюдать частицы только в виде световых точек, поэтому прямыми наблюдениями определить размер и форму частиц нельзя, но можно подсчитать их число в единице объема золя, измерить смещение или сдвиг частицы (∆Х) за время t, наблюдать коагуляцию частиц в виде слияния двух точек.

Размеры коллоидных частиц и их примерную форму можно определить косвенным путем.

Зная объем раствора (V), наблюдаемого в поле ультрамикроскопа, массовую концентрацию частиц (ω) и подсчитанное их число n в объеме V рассчитывают объем частицы v по формуле:

где ρ – плотность дисперсной фазы (плотность самого коллоидного раствора принимают равной плотности дисперсионной среды в виду его сильного разбавления).

Если коллоидная частица по форме приближается к сферической, то независимо от ее положения относительно направления светового потока, интенсивность ее освещения в поле ультрамикроскопа будет постоянной.

Другая картина наблюдается, если частицы имеют значительную асимметрию, например, имеют форму палочек или листочков. В этом случае интенсивность рассеянного света будет минимальной, если направление падающего луча параллельно длинной оси палочки или листа, и максимальной, если направление луча перпендикулярно длинной оси.

Вследствие непрерывного теплового движения частицы изменяют свое положение относительно направления светового потока, соответственно, будет изменяться яркость рассеянного света, направленного в сторону объектива. Это будет проявляться в виде мерцания светящихся точек.

Точные размеры и форму коллоидных частиц можно определить методом электронной микроскопии.

Ультрамикроскоп позволяет наблюдать частицы размером до 3 нм.