Оптична щільність (екстинкція) - студопедія

У міру збільшення розмірів частинок інтенсивність розсіяного світла перестає зростати в залежності від обсягу V частинок [см. формулу (8.2)], і розсіювання стає нерівномірним.

Розсіювання світла, схема якого наведена на рис. 8.1, б, відрізняється від релєєвського і має місце тоді, коли розміри частинок лежать в діапозоні

Якщо розмір часток порівняємо з довжиною хвилі, то основною причиною розсіювання світла стає дифракція. Дифракція полягає в обгинанні променем світла частинок дисперсної фази. З урахуванням довжини хвилі видимого світла можна вважати, що діапазон розмірів частинок, для яких справедливо умова (8.6), коливається в межах 38-760 нм, тобто він відповідає відносно великим часткам високодисперсних і відносно невеликим частинкам Середньодисперсні систем.

Взаємодія світла з речовиною визначається законами геометричної оптики, якщо розміри частинок більше довжини хвилі

Особливості впливу світла на частинки відносно великих розмірів обумовлені інтерференцією відображених і заломлених променів на межі поділу між дисперсною фазою і дисперсійним середовищем. З урахуванням класифікації частинок-дисперсної фази за розмірами (див. Табл. 1.3) можна зробити висновок, що умова (8.7) виконується для грубодисперсних і частково для cреднедісперсних систем.

Умови (8.1), (8.6) і (8.7) визначають особливості впливу світла на частинки дисперсної фази в залежності від співвідношення між довжиною хвилі світла і розмірами частинок.

Оптичні властивості дисперсних систем, здатних до поглинання світла, можна характеризувати по зміні інтенсивності світла, що пройшло через цю систему. Якщо інтенсивність падаючого світла позначити через J0 (pіc. 8.2), а інтенсивність розсіяного світла - Jр. то Jпр буде характеризувати інтенсивність минулого світла. Інтенсивність минулого світла щодо окремих частинок визначається на основі закону Бугера - Ламберта:

де до - коефіцієнт поглинання; а - розмір часток дисперсної фази.

Інтенсивність минулого світла можна уявити як різниці між інтенсивністю падаючого J0 і поглиненого речовиною Jпог світла. Коефіцієнт поглинання можна розглядати як величину, зворотну відстані, на якому інтенсивність світла знижується в е раз, тобто до 37% від початкового значення J0. Так, для 1% -го розчину деяких полімерів яку відповідає приблизно 10 м.

Для оцінки співвідношення інтенсивності минулого і падаючого світла можна скористатися рівнянням (8.8), з якого випливає:

Величину Д називають оптичною щільністю або екстинкції. Екстинкція характеризує ослаблення променя світла при його поширенні в речовині. При розгляді окремих частинок, коли виконується умова (8.7), екстинкція викликана лише поглинанням світла.

Відносно дисперсної системи екстинкція може відображати не тільки поглинання, але і розсіювання світла. У цих умовах коефіцієнт до в рівняннях (8.8) і (8.9) відображає сукупну дію поглинання і розсіювання світла. Іноді розсіяне світло розглядають як фіктивно поглинений і визначають сумарно поглинений світло.

Коефіцієнт до залежить від масової концентрації дисперсної фази # 957; м і може бути представлений таким чином:

де к1 - коефіцієнт пропорційності, званий мутностью.

Мал. 8.2. Взаємодія світла з дисперсної системою

Інтенсивність розсіяного світла, що пройшло через розчин певної концентрації або через дисперсну систему, визначається законом Бугеpa - Ламберта - Бера, який, з огляду на рівняння (8.8) і (8.10), можна записати так:

де Аc - товщина шару дисперсної системи, речовини або розчину.

Якщо вважати, що для дисперсної системи інтенсивність поглиненого світла дорівнює інтенсивності розсіяного (Jпр = Jпог), то з огляду на рівняння (8.8) - (8.11), можна записати наступний вираз для екстинкції:

За допомогою формули (8.12) можна визначити екстинкцію Д і коефіцієнта до і к1 для дисперсних систем з урахуванням розмірів їх часток і концентрації дисперсної фази # 957; м.

Таким чином, розсіювання світла високодисперсними системами визначається згідно із законом Релея, а ослаблення світла дисперсними системами - за законом Бугера - Ламберта - Бера.

У реальних полідисперсних системах властивості частинок дисперсної фази можуть бути різні (наприклад, частина часток здатна поглинати світло, а інша - розсіювати), тому оптичні властивості таких систем будуть визначатися розсіюванням, поглинанням і відбиттям світла, а також рядом інших оптичних явищ.