เริ่มต้นในวิทยาศาสตร์ การกระเจิงของแสง กฎของเรย์ลีห์ ทินดอลล์เอฟเฟ็กต์ การกระเจิงของโมเลกุล กรวยของ Nephelometry Tyndall มีแสงสีน้ำเงินเพราะว่า

การกระเจิงของแสง จากมุมมองคลาสสิก การกระเจิงของแสงเป็นเช่นนั้น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผ่านสสารทำให้เกิดการสั่นของอิเล็กตรอนในอะตอม คำอธิบาย: ถ้าอนุภาคมีขนาดเล็กแสดงว่าอิเล็กตรอนสร้าง

แรงสั่นสะเทือนในอะตอมนั้นเทียบเท่ากับไดโพลที่สั่น ไดโพลนี้จะสั่นตามความถี่ของคลื่นแสงที่ตกกระทบ ดังนั้นส่วนคลื่นสั้นของสเปกตรัมจึงกระจัดกระจายอย่างเข้มข้นมากกว่าส่วนคลื่นยาว แสงสีน้ำเงินกระเจิงมากกว่าแสงสีแดงเกือบ 5 เท่า ดังนั้นแสงที่กระจัดกระจายจึงเป็นสีน้ำเงิน และแสงที่ส่องผ่านจะเป็นสีแดง ที่ระดับความสูงที่สูงมาก (หลายร้อยกิโลเมตร) ความเข้มข้นของโมเลกุลในชั้นบรรยากาศมีขนาดเล็กมาก การกระเจิงแทบจะหายไป ท้องฟ้าควรจะปรากฏเป็นสีดำและมองเห็นดวงดาวได้ต่อหน้าดวงอาทิตย์ ในระหว่างการบินอวกาศ การคาดการณ์ทั้งหมดนี้ได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์

กฎเรย์ลี-ยีนส์ส์เป็นกฎของการแผ่รังสีสำหรับความหนาแน่นของการแผ่รังสีที่สมดุลของวัตถุสีดำสนิทและการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท

เอฟเฟกต์ Tyndall, เอฟเฟกต์ Tyndall - เอฟเฟกต์แสง, การกระเจิงของแสงเมื่อลำแสงผ่านตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทางแสง โดยทั่วไปจะสังเกตเห็นเป็นรูปกรวยเรืองแสง (กรวยทินดัลล์) ที่มองเห็นได้บนพื้นหลังสีเข้ม

คุณลักษณะของสารละลายของระบบคอลลอยด์ (เช่น โซล โลหะ น้ำยางเจือจาง ควันบุหรี่) ซึ่งดัชนีการหักเหของอนุภาคและสภาพแวดล้อมต่างกัน

Nephelometry เป็นวิธีการศึกษาและวิเคราะห์สารโดยพิจารณาจากความเข้มของฟลักซ์แสงที่กระจัดกระจายโดยอนุภาคแขวนลอยของสารนี้

สาระสำคัญของวิธีการ

ความเข้มของฟลักซ์แสงที่กระจัดกระจายขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเข้มข้นของอนุภาคในตัวอย่างที่วิเคราะห์ ปริมาตรของอนุภาคที่กระเจิงแสงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการวัดขนาดไต ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับปฏิกิริยาที่ใช้ใน nephelometry คือ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาจะต้องไม่ละลายน้ำในทางปฏิบัติและเป็นสารแขวนลอย (สารแขวนลอย) เพื่อรักษาอนุภาคของแข็งให้แขวนลอย จึงมีการใช้สารเพิ่มความคงตัวต่างๆ (เช่น เจลาติน) เพื่อป้องกันการแข็งตัวของอนุภาค

50. การแผ่รังสีความร้อนของร่างกาย กฎแห่งการแผ่รังสีวัตถุดำ (สเตฟาน-โบลต์ซมันน์, วีน)

มีกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงานที่ไม่มีที่สิ้นสุดระหว่างแหล่งธรรมชาติทั้งหมด ร่างกายจะปล่อยและดูดซับพลังงานอย่างต่อเนื่อง หากการกระตุ้นของอะตอมเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการชนกับอะตอมอื่นของร่างกายเดียวกันในกระบวนการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ดังนั้นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะเรียกว่ารังสีความร้อน

การแผ่รังสีความร้อนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดก็ได้ ในกรณีนี้ ไม่ว่าอุณหภูมิจะเป็นอย่างไร ร่างกายจะปล่อยคลื่นความยาวคลื่นทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น กล่าวคือ สเปกตรัมของการแผ่รังสีความร้อนมีความต่อเนื่องและขยายจากศูนย์ถึงอนันต์ อย่างไรก็ตาม ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น รังสีคลื่นสั้นก็จะยิ่งเป็นรังสีหลักในสเปกตรัมรังสีมากขึ้นเท่านั้น กระบวนการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากร่างกายเกิดขึ้นพร้อมกันและเป็นอิสระจากการดูดซับ

ร่างกายที่ดูดซับพลังงานได้อย่างสมบูรณ์ตลอดช่วงความยาวคลื่นทั้งหมด เช่น โดยที่ α = 1 เรียกว่าสีดำสนิท (สีดำ)

กฎหมายสเตฟาน-โบลซมานน์ กฎการกระจัดของเวียนนา

Stefan และ Boltzmann ได้รับการแสดงออกที่สมบูรณ์เกี่ยวกับความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำ ซึ่งไม่ได้คำนึงถึงการกระจายพลังงานในช่วงความยาวคลื่น:

R = σT 4, σ คือค่าคงที่สเตฟาน-โบลต์ซมันน์ (σ = 5.6696·10 -8 W/(m 2 ·K 4))

สำหรับวัตถุสีเทา กฎของเคอร์ชอฟฟ์อนุญาตให้เราเขียน r λ = α λ ε λ จากนั้นสำหรับความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีเทา เรามี:

จากการวิเคราะห์เส้นโค้ง Wien พบว่าความยาวคลื่นที่ความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของความส่องสว่างของพลังงานตกนั้นถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

นี่คือกฎของเวียนนา โดยที่ b = 0.28978·10 -2 m·K คือค่าคงที่ของเวียน

ให้เรากำหนดค่าของความยาวคลื่นที่ ε γ มีค่าสูงสุดที่อุณหภูมิที่กำหนด โดยขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ ตามกฎในการค้นหา extrema จะมีการจัดเตรียมไว้ การคำนวณแสดงว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นหาก แล = b/T

จากความสัมพันธ์เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความยาวคลื่นที่เกิดการปล่อยรังสีสูงสุดของวัตถุสีดำสนิทจะเปลี่ยนไปยังบริเวณคลื่นสั้น ด้วยเหตุนี้ ความสัมพันธ์นี้จึงเป็นที่รู้จักในวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ว่าเป็นกฎการแทนที่ของเวียนนา กฎข้อนี้ยังใช้กับวัตถุที่เป็นสีเทาด้วย

กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมานน์และเวียนนาทำให้สามารถระบุอุณหภูมิโดยอิงจากการวัดพลังงานที่ปล่อยออกมาจากร่างกายได้ ฟิสิกส์สาขานี้เรียกว่าออปติคอลไพโรเมท

ในแง่ของคุณสมบัติทางแสง สารละลายคอลลอยด์แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากสารละลายที่แท้จริงของสสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ รวมถึงจากระบบที่กระจายตัวหยาบ คุณสมบัติทางแสงที่เป็นลักษณะเฉพาะที่สุดของระบบการกระจายตัวของคอลลอยด์คือสีเหลือบ เอฟเฟ็กต์ฟาราเดย์-ทินดอลล์ และสี ปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้เกิดจากการกระเจิงและการดูดกลืนแสงโดยอนุภาคคอลลอยด์

ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นและขนาดสัมพัทธ์ของอนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจาย การกระเจิงของแสงจะเกิดขึ้นในลักษณะที่แตกต่างกัน หากขนาดอนุภาคเกินความยาวคลื่นของแสง แสงจากพวกมันจะสะท้อนตามกฎของเลนส์เรขาคณิต ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีแสงสามารถทะลุเข้าไปในอนุภาค เกิดการหักเห การสะท้อนภายใน และการดูดกลืนแสง

หากขนาดอนุภาคเล็กกว่าความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งของแสงตกกระทบ จะสังเกตการกระเจิงของแสง แสงดูเหมือนจะเลี่ยง (โค้งงอ) อนุภาคที่เจอระหว่างทาง ในกรณีนี้ การกระเจิงบางส่วนเกิดขึ้นในรูปแบบของคลื่นที่แยกตัวออกไปทุกทิศทาง จากการกระเจิงของแสง แต่ละอนุภาคจึงเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นใหม่ที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า กล่าวคือ เสมือนว่าแต่ละอนุภาคมีการเรืองแสงในตัวเอง ปรากฏการณ์การกระเจิงของแสงด้วยอนุภาคเล็กๆ เรียกว่า สีเหลือบเป็นลักษณะเด่นของโซล (ของเหลวและของแข็ง) เป็นหลัก และสังเกตได้เฉพาะในแสงสะท้อนเท่านั้น กล่าวคือ จากด้านข้างหรือบนพื้นหลังสีเข้ม ปรากฏการณ์นี้แสดงออกในรูปของความขุ่นของโซลและการเปลี่ยนแปลง ("ล้น") ของสีเมื่อเปรียบเทียบกับสีในแสงที่ส่องผ่าน ตามกฎแล้วสีในแสงสะท้อนจะถูกเลื่อนไปทางความถี่ที่สูงขึ้นของส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ดังนั้นโซลสีขาว (โซลของซิลเวอร์คลอไรด์ ขัดสน ฯลฯ) จึงกลายเป็นสีเหลือบและมีสีฟ้า

เอฟเฟ็กต์ของฟาราเดย์-ทินดัลล์การกระเจิงของการเลี้ยวเบนของแสงถูกสังเกตเห็นครั้งแรกโดย M. V. Lomonosov ต่อมาในปี พ.ศ. 2400 ฟาราเดย์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ในโซลทองคำ ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน (opalescence) สำหรับตัวกลางของเหลวและก๊าซได้รับการศึกษาอย่างละเอียดโดย Tyndall (1868)

หากคุณหยิบแก้วหนึ่งแก้วที่มีสารละลายโซเดียมคลอไรด์และอีกแก้วที่มีไฮโดรซอลไข่ขาว เป็นการยากที่จะตัดสินว่าสารละลายคอลลอยด์ชนิดใดและชนิดใดเป็นของจริงเนื่องจากของเหลวทั้งสองปรากฏไม่มีสีและโปร่งใส (รูปที่ 6.5) อย่างไรก็ตาม วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้สามารถแยกแยะได้ง่ายโดยทำการทดลองต่อไปนี้ เราจะวางกล่องกันแสงแบบมีรูบนแหล่งกำเนิดแสง (โคมไฟตั้งโต๊ะ) โดยเราจะวางเลนส์ไว้ด้านหน้าเพื่อให้ได้ลำแสงที่แคบและสว่างยิ่งขึ้น ถ้าเราวางแก้วทั้งสองไว้ในเส้นทางของลำแสง ในแก้วที่มีโซล เราจะเห็นเส้นทางของแสง (กรวย) ในขณะที่ในแก้วที่มีโซเดียมคลอไรด์ ลำแสงจะแทบจะมองไม่เห็น หลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ที่สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้เป็นครั้งแรก กรวยเรืองแสงในของเหลวถูกเรียกว่ากรวยฟาราเดย์-ทินดัลล์ (หรือเอฟเฟ็กต์) ผลกระทบนี้เป็นลักษณะเฉพาะของสารละลายคอลลอยด์ทั้งหมด

ลักษณะของกรวยฟาราเดย์-ทินดัลล์อธิบายได้จากปรากฏการณ์การกระเจิงของแสงโดยอนุภาคคอลลอยด์ที่มีขนาด 0.1-0.001 ไมครอน

ความยาวคลื่นของส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมคือ 0.76-0.38 ไมครอน ดังนั้นอนุภาคคอลลอยด์แต่ละอนุภาคจึงกระจายแสงที่ตกกระทบลงไป มองเห็นได้ในกรวยฟาราเดย์-ทินดัลล์ เมื่อแนวสายตาชี้ไปที่มุมหนึ่งกับลำแสงที่ผ่านโซล เอฟเฟกต์ฟาราเดย์-ทินดอลล์เป็นปรากฏการณ์ที่เหมือนกับการเหลือบของแสง และแตกต่างจากอย่างหลังเฉพาะในประเภทของสถานะคอลลอยด์ กล่าวคือ ความหลากหลายระดับจุลภาคของระบบ

ทฤษฎีการกระเจิงของแสงโดยระบบการกระจายตัวของคอลลอยด์ได้รับการพัฒนาโดยเรย์ลีห์ในปี พ.ศ. 2414 โดยกำหนดความสัมพันธ์ของความเข้ม (ปริมาณพลังงาน) ของแสงที่กระเจิง (I) ในระหว่างการเกิดสีเหลือบและในกรวยฟาราเดย์-ทินดัลล์โดยพิจารณาจากปัจจัยภายนอกและปัจจัยภายใน ในทางคณิตศาสตร์ การพึ่งพานี้แสดงในรูปแบบของสูตรที่เรียกว่าสูตรเรย์ลีห์:

6.1

โดยที่ I คือความเข้มของแสงที่กระเจิงในทิศทางตั้งฉากกับลำแสงตกกระทบ K เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของตัวกลางการกระจายตัวและเฟสการกระจายตัว n คือจำนวนอนุภาคต่อหน่วยปริมาตรของโซล แลมบ์ คือ ความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ V คือปริมาตรของแต่ละอนุภาค

จากสูตร (6.1) จะได้ว่าการกระเจิงของแสง (I) เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของอนุภาค กำลังสองของปริมาตรอนุภาค (หรือสำหรับอนุภาคทรงกลม - กำลังที่หกของรัศมี) และแปรผกผันกับกำลังที่สี่ของความยาวคลื่นของ แสงตกกระทบ ดังนั้นการกระเจิงของคลื่นสั้นจึงเกิดขึ้นค่อนข้างเข้มข้นมากขึ้น ดังนั้น โซลที่ไม่มีสีจะปรากฏเป็นสีแดงในแสงที่ส่องผ่าน และจะเป็นสีน้ำเงินในแสงแบบกระจาย

การระบายสีสารละลายคอลลอยด์อันเป็นผลมาจากการดูดกลืนแสงแบบเลือกสรร (การดูดซับ) ร่วมกับการเลี้ยวเบนจะเกิดสีของสารละลายคอลลอยด์หนึ่งสีหรือสีอื่น ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าสารละลายคอลลอยด์ (โดยเฉพาะโลหะ) ส่วนใหญ่มีสีสันสดใสในหลากหลายสี ตั้งแต่สีขาวไปจนถึงสีดำสนิท พร้อมด้วยสเปกตรัมสีทุกเฉด ดังนั้น เนื่องจากโซล 2 S 3 มีสีเหลืองสดใส Sb 2 S 3 เป็นสีส้ม Fe(OH) 3 เป็นสีน้ำตาลแดง ทองเป็นสีแดงสด เป็นต้น

โซลชนิดเดียวกันมีสีที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับว่ามองผ่านแสงที่ส่องผ่านหรือสะท้อนแสง โซลของสารชนิดเดียวกันนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการเตรียมสามารถรับสีที่ต่างกันได้ - ปรากฏการณ์ของโพลีโครมี (หลากสี) สีของโซลในกรณีนี้ขึ้นอยู่กับระดับการกระจายตัวของอนุภาค ดังนั้นโซลทองที่กระจายอย่างหยาบจึงมีสีฟ้า โซลที่มีระดับการกระจายตัวมากกว่าจะเป็นสีม่วง และโซลที่กระจายตัวมากจะเป็นสีแดงสด เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าสีของโลหะในสถานะไม่กระจายไม่มีอะไรเหมือนกันกับสีของโลหะในสถานะคอลลอยด์

ควรสังเกตว่าความเข้มของสีของโซลนั้นมากกว่าสารละลายโมเลกุลหลายสิบ (หรือหลายร้อย) เท่า ดังนั้นสีเหลืองของโซล As 2 S 3 ในชั้นหนา 1 ซม. จึงมองเห็นได้ชัดเจนที่ความเข้มข้นมวล 10 -3 กรัม/ลิตร และสีแดงของโซลสีทองจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนแม้ที่ความเข้มข้น 10 - 5 ก./ล.

สีที่สวยงามและสดใสของหินมีค่าและกึ่งมีค่าหลายชนิด (ทับทิม มรกต โทปาซ แซฟไฟร์) เกิดจากปริมาณสิ่งเจือปนของโลหะหนักและออกไซด์ของหินเหล่านั้นเล็กน้อย (ไม่สามารถตรวจพบได้แม้แต่ในเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ที่ดีที่สุด) ซึ่งอยู่ในสถานะคอลลอยด์ ดังนั้นเพื่อให้ได้แก้วทับทิมสว่างเทียมที่ใช้สำหรับรถยนต์จักรยานและโคมไฟอื่น ๆ ก็เพียงพอที่จะเติมทองคำคอลลอยด์เพียง 0.1 กิโลกรัมต่อมวลแก้ว 1,000 กิโลกรัม

แก้วหนึ่งแก้วที่มีสารละลายโซเดียมคลอไรด์และอีกแก้วหนึ่งมีไฮโดรโซลไข่ขาว เป็นการยากที่จะระบุได้ว่าสารละลายคอลลอยด์ชนิดใดและชนิดใดเป็นของจริงเนื่องจากของเหลวทั้งสองไม่มีสีและมีลักษณะโปร่งใส (รูปที่ 85) อย่างไรก็ตาม วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้สามารถแยกแยะได้ง่ายโดยทำการทดลองต่อไปนี้ เรามาใส่กล่องกันแสงแบบมีรู (โคมไฟตั้งโต๊ะ) ไว้ด้านหน้า โดยเราจะใส่เลนส์ไว้ด้านหน้าเพื่อให้ได้ลำแสงที่แคบและสว่างยิ่งขึ้น ถ้าเราวางแก้วทั้งสองไว้ในเส้นทางของลำแสง ในแก้วที่มีโซล เราจะเห็นเส้นทางของแสง (กรวย) ในขณะที่ในแก้วที่มีโซเดียมคลอไรด์ ลำแสงจะแทบจะมองไม่เห็น หลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ที่สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้เป็นครั้งแรก กรวยเรืองแสงในของเหลวถูกเรียกว่ากรวยฟาราเดย์-ทินดัลล์ (หรือเอฟเฟ็กต์) ผลกระทบนี้เป็นลักษณะเฉพาะของสารละลายคอลลอยด์ทั้งหมด 

     ดังนั้น เอฟเฟกต์ฟาราเดย์-ทินดอลล์จึงเป็นปรากฏการณ์ที่เหมือนกับการเหลือบของสี และแตกต่างจากอย่างหลังเฉพาะในประเภทของสถานะคอลลอยด์ กล่าวคือ ความหลากหลายระดับจุลภาคของระบบ 

ในสารละลาย VMC ผลของฟาราเดย์-ทินดอลล์ไม่ได้รับการตรวจพบอย่างชัดเจน เนื่องจากดัชนีการหักเหของอนุภาคโซลเวตของตัวถูกละลาย n แตกต่างจากดัชนีการหักเหของตัวทำละลาย Po เล็กน้อย ดังนั้นความแตกต่าง n - o-O และความเข้มของ การกระเจิงของแสงโดยสารละลาย VMC ไม่มีนัยสำคัญ (ดูบทที่ VII, 91) ด้วยเหตุผลเดียวกัน จึงไม่สามารถตรวจพบโมเลกุลขนาดใหญ่ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคปได้ 

     คุณสมบัติทางแสงทั้งหมดของระบบที่มีการกระจายตัวสูง ซึ่งเราจะพิจารณาในที่นี้ สี สีเหลือบ เอฟเฟ็กต์ของฟาราเดย์-ทินดอลล์ และปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ผ่านกล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคป เป็นสิ่งที่น่าสนใจในเบื้องต้น เนื่องจาก ตามที่แสดงไว้ในแผนภาพอย่างมากในรูปที่ 1 2 ความเข้มของพวกมันจะสูงสุดในบริเวณการกระจายตัวของคอลลอยด์ คุณลักษณะนี้เกิดจากการที่ความยาวคลื่นแสงของส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม (760-400 mmk) เกินขนาดอนุภาคของระบบที่มีการกระจายตัวสูง (200-2 mmk) ความเข้มข้นของการแสดงออกของคุณสมบัติเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในความหนาแน่นของสารในเฟส d ที่กระจายตัวและตัวกลางการกระจายตัว o และด้วยความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสง n และ n ยิ่งความแตกต่าง d- และ n-n ยิ่งมาก คุณสมบัติทางแสงจะแสดงออกมาอย่างชัดเจน นี่คือสิ่งที่อธิบายได้อย่างชัดเจนว่าคุณสมบัติทางแสงโดยทั่วไปมีความเด่นชัดในโซล (โดยเฉพาะที่เป็นโลหะ) อย่างไม่มีใครเทียบได้ มากกว่าในสารละลายของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ด้วยเหตุนี้ คำอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางแสงจึงเกี่ยวข้องกับโซลเกือบทั้งหมด 

แสงสีและเอฟเฟกต์ของฟาราเดย์-ทินดอลล์ 

พบว่าเมื่อลำแสงถูกส่งผ่านน้ำบริสุทธิ์และของเหลวบริสุทธิ์อื่นๆ และผ่านอากาศที่สะอาด (เช่น ปราศจากหยดและผลึกของน้ำและฝุ่น) และสารละลายที่มีตัวถูกละลายน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ผลของฟาราเดย์-ทินดอลล์ ไม่ถูกสังเกต เช่นเดียวกับที่ไม่มีการสังเกตในสิ่งเหล่านั้นและสีเหลือบ สื่อดังกล่าวเรียกว่าว่างเปล่าเชิงแสง ด้วยเหตุนี้ ผลของฟาราเดย์-ทินดอลล์จึงเป็นวิธีการสำคัญในการตรวจจับสถานะคอลลอยด์ กล่าวคือ ความหลากหลายระดับจุลภาคของระบบ 

     ฟาราเดย์ - ทินดอลล์ และปรากฏการณ์นี้เองก็คือเอฟเฟ็กต์ฟาราเดย์ - ทินดอลล์ 

     ปรากฏการณ์การกระเจิงของแสงด้วยอนุภาคเล็กๆ เกิดขึ้น

ลักษณะของกรวยเรืองแสงบนพื้นหลังสีเข้ม เมื่อแสงกระจัดกระจายในตัวกลางขุ่นซึ่งมีขนาดอนุภาคเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงตามลำดับ

แอนิเมชั่น

คำอธิบาย

เอฟเฟกต์ทินดัลล์คือการเรืองแสงของตัวกลางที่ไม่เหมือนกันทางการมองเห็นเนื่องจากการกระเจิงของแสงที่ผ่านตัวกลางนั้น มันเกิดจากการเลี้ยวเบนของแสงบนอนุภาคแต่ละตัวหรือองค์ประกอบของโครงสร้างที่แตกต่างกันของตัวกลางซึ่งมีขนาดน้อยกว่าความยาวคลื่นของแสงที่กระจัดกระจายมาก ลักษณะเฉพาะของระบบคอลลอยด์ (เช่น ไฮโดรซอล ควันบุหรี่) ที่มีความเข้มข้นต่ำของอนุภาคเฟสกระจายซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงแตกต่างจากดัชนีการหักเหของตัวกลางการกระจายตัว โดยทั่วไปจะสังเกตเห็นเป็นกรวยแสงบนพื้นหลังสีเข้ม (กรวย Tyndall) เมื่อลำแสงที่โฟกัสถูกส่งผ่านจากด้านข้างผ่านคิวเวตต์แก้วที่มีผนังขนานระนาบซึ่งเต็มไปด้วยสารละลายคอลลอยด์ ส่วนประกอบของคลื่นสั้นของแสงสีขาว (ไม่มีสีเดียว) ถูกกระจายโดยอนุภาคคอลลอยด์ที่มีความเข้มมากกว่าส่วนประกอบที่เป็นคลื่นยาว ดังนั้นกรวยทินดอลล์ที่เกิดขึ้นจากมันในเถ้าที่ไม่ดูดซับจึงมีโทนสีน้ำเงิน

เอฟเฟกต์ทินดอลล์โดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับสีเหลือบ แต่ตามธรรมเนียมแล้ว คำคำแรกหมายถึงการกระเจิงของแสงที่รุนแรงในพื้นที่จำกัดตามเส้นทางของลำแสง และคำที่สองหมายถึงการกระเจิงของแสงเล็กน้อยตามปริมาตรทั้งหมดของวัตถุที่สังเกตได้

เอฟเฟกต์ทินดัลล์ถูกรับรู้ด้วยตาเปล่าว่าเป็นแสงที่สม่ำเสมอของปริมาตรบางส่วนของระบบการกระเจิงแสง แสงมาจากแต่ละจุด - จุดเลี้ยวเบน ซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โดยมีการส่องสว่างของโซลเจือจางที่เข้มข้นเพียงพอ ความเข้มของแสงที่กระเจิงในทิศทางที่กำหนด (ที่ค่าคงที่ของแสงตกกระทบ) ขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคที่กระเจิงและขนาดของอนุภาค

ลักษณะการกำหนดเวลา

เวลาเริ่มต้น (บันทึกเป็น -12 ถึง -6)

อายุการใช้งาน (บันทึก tc จาก -12 ถึง 15)

เวลาย่อยสลาย (log td จาก -12 ถึง -6)

เวลาของการพัฒนาที่เหมาะสมที่สุด (บันทึก tk จาก -9 ถึง -7)

แผนภาพ:

การใช้งานทางเทคนิคของเอฟเฟกต์

การนำเอฟเฟกต์ไปใช้ทางเทคนิค

สามารถสังเกตผลกระทบนี้ได้อย่างง่ายดายเมื่อส่งลำแสงเลเซอร์ฮีเลียมนีออนผ่านสารละลายคอลลอยด์ (เพียงแค่แป้งเยลลี่ที่ไม่มีสี)

การใช้เอฟเฟ็กต์

วิธีการที่ใช้เอฟเฟกต์ Tyndall ในการตรวจจับกำหนดขนาดและความเข้มข้นของอนุภาคคอลลอยด์ (อัลตราไมโครสโคป, เนฟีโลเมทรีใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติทางอุตสาหกรรม)

ตัวอย่าง. อัลตร้าไมโครสโคป

อัลตราไมโครสโคปเป็นเครื่องมือทางแสงสำหรับตรวจจับอนุภาค (คอลลอยด์) ขนาดเล็กที่มีขนาดน้อยกว่าขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป ความสามารถในการตรวจจับอนุภาคดังกล่าวโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคปนั้นเกิดจากการเลี้ยวเบนของแสงโดยเอฟเฟ็กต์ทินดัลล์ ภายใต้การส่องสว่างด้านข้างที่รุนแรง แต่ละอนุภาคในกล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคปจะถูกทำเครื่องหมายโดยผู้สังเกตการณ์ว่าเป็นจุดสว่าง (จุดเลี้ยวเบนแสง) บนพื้นหลังที่มืด เนื่องจากการเลี้ยวเบนของอนุภาคที่เล็กที่สุด แสงจึงน้อยมาก ดังนั้นตามกฎแล้วจะใช้แหล่งกำเนิดแสงที่เข้มในกล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคป ความยาวของคลื่นแสง ความแตกต่างในดัชนีการหักเหของอนุภาคและตัวกลาง ขึ้นอยู่กับความเข้มของการส่องสว่าง อนุภาคที่มีขนาดตั้งแต่ 20-50 นาโนเมตรถึง 1-5 ไมครอนสามารถตรวจจับได้ ไม่สามารถระบุขนาด รูปร่าง และโครงสร้างของอนุภาคที่แท้จริงจากจุดเลี้ยวเบนได้ กล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคปไม่ได้ให้ภาพแสงของวัตถุที่กำลังศึกษาอยู่ อย่างไรก็ตาม การใช้อัลตราไมโครสโคปทำให้สามารถตรวจสอบการมีอยู่และความเข้มข้นเชิงตัวเลขของอนุภาค ศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาค และคำนวณขนาดอนุภาคเฉลี่ยได้หากทราบความเข้มข้นและความหนาแน่นของน้ำหนัก

ในรูปแบบของกล้องจุลทรรศน์อัลตร้าไมโครสโคปแบบกรีด (รูปที่ 1a) ระบบที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะไม่นิ่ง

แผนผังของกล้องจุลทรรศน์แบบกรีด

ข้าว. 1ก

คิวเวตต์ 5 พร้อมวัตถุที่กำลังศึกษาได้รับแสงสว่างจากแหล่งกำเนิดแสง 1 (2 - ตัวเก็บประจุ, 4 - เลนส์ส่องสว่าง) ผ่านช่องสี่เหลี่ยมแคบ ๆ 3 ซึ่งภาพที่ฉายเข้าไปในโซนสังเกตการณ์ ผ่านช่องมองภาพของกล้องจุลทรรศน์สังเกตการณ์ 6 จุดส่องสว่างของอนุภาคที่อยู่ในระนาบภาพของรอยแยกจะมองเห็นได้ ด้านบนและด้านล่างบริเวณที่มีแสงสว่าง ตรวจไม่พบอนุภาคที่มีอยู่

ในกล้องจุลทรรศน์อัลตราไมโครสโคปแบบไหล (รูปที่ 1b) อนุภาคที่กำลังศึกษาจะเคลื่อนที่ไปตามท่อไปทางตาของผู้สังเกต

แผนผังของกล้องจุลทรรศน์การไหล

ข้าว. 1ข

ขณะที่พวกมันข้ามโซนส่องสว่าง พวกมันจะถูกบันทึกเป็นแสงวาบสว่างด้วยสายตาหรือใช้อุปกรณ์วัดแสง ด้วยการปรับความสว่างของการส่องสว่างของอนุภาคที่สังเกตด้วยลิ่มโฟโตเมตริกแบบเคลื่อนที่ได้ 7 จึงสามารถเลือกสำหรับการลงทะเบียนอนุภาคที่มีขนาดเกินขีดจำกัดที่กำหนดได้ เมื่อใช้อัลตราไมโครสโคปแบบไหลที่ทันสมัยพร้อมแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์และระบบการลงทะเบียนอนุภาคอิเล็กทรอนิกส์แบบออปติก ความเข้มข้นของอนุภาคในละอองลอยจะถูกกำหนดในช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 109 อนุภาคต่อ 1 ซม. 3 และยังพบฟังก์ชันการกระจายขนาดอนุภาคอีกด้วย

***แอปเปิ้ลหล่นลงบนนิวตัน ชาวจีนชื่นชมหยดน้ำบนดอกบัว และจอห์น ทินดอลล์ ซึ่งอาจเดินผ่านป่าสังเกตเห็นกรวยแห่งแสง เทพนิยาย? อาจจะ. แต่เป็นเกียรติแก่ฮีโร่คนสุดท้ายที่มีการตั้งชื่อเอฟเฟกต์ที่สวยงามที่สุดแห่งหนึ่งในโลกของเรานั่นคือเอฟเฟกต์ Tyndall...***

การกระเจิงของแสงเป็นหนึ่งในลักษณะทั่วไปของระบบที่มีการกระจายตัวสูง

เมื่อให้แสงสว่างแก่ระบบที่กระจัดกระจายจากด้านข้าง จะสังเกตเห็นลักษณะพิเศษของสีรุ้ง ซึ่งมักเป็นสีน้ำเงิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งมองเห็นได้ชัดเจนบนพื้นหลังสีเข้ม

คุณสมบัตินี้เกี่ยวข้องกับการกระเจิงของแสงโดยอนุภาคของเฟสที่กระจัดกระจายเรียกว่า opalescence จากชื่อของโอปอล - โอปอลัส (ละติน) ซึ่งเป็นแร่โปร่งแสงที่มีสีน้ำเงินหรือสีขาวอมเหลือง ในปี 1868 เขาค้นพบว่าเมื่อสารละลายคอลลอยด์ถูกส่องสว่างจากด้านข้างด้วยลำแสงจากแหล่งกำเนิดที่เข้มข้น จะสังเกตเห็นกรวยที่สว่างและส่องสว่างสม่ำเสมอกัน - ทินดอลล์ กรวยหรือ ทินดอลล์เอฟเฟ็กต์, ในขณะที่ในกรณีของสารละลายน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ของเหลวจะดูเหมือนว่างเปล่า นั่นคือ ร่องรอยของลำแสงไม่สามารถมองเห็นได้

ด้านซ้ายคือสารละลายแป้ง 1% ด้านขวาคือน้ำ

เอฟเฟกต์ทินดัลล์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคแขวนลอยกระจัดกระจายซึ่งมีขนาดเกินขนาดของอะตอมหลายสิบเท่า เมื่ออนุภาคแขวนลอยขยายจนมีขนาดประมาณ 1/20 ของความยาวคลื่นแสง (ตั้งแต่ประมาณ 25 นาโนเมตรขึ้นไป) การกระเจิงจะกลายเป็นสีหลายสี กล่าวคือ แสงจะเริ่มกระจายอย่างเท่าเทียมกันตลอดช่วงสีที่มองเห็นได้ทั้งหมดตั้งแต่สีม่วงไปจนถึงสีแดง . ผลก็คือเอฟเฟกต์ Tyndall หายไป นี่คือเหตุผลว่าทำไมหมอกหนาทึบหรือเมฆคิวมูลัสจึงปรากฏเป็นสีขาวสำหรับเรา ประกอบด้วยฝุ่นน้ำที่แขวนลอยหนาแน่นซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคตั้งแต่ไมครอนถึงมิลลิเมตร ซึ่งอยู่เหนือเกณฑ์การกระเจิงของ Tyndall มาก
คุณอาจคิดว่าท้องฟ้าปรากฏเป็นสีฟ้าสำหรับเราเนื่องจากเอฟเฟ็กต์ทินดอลล์ แต่กลับไม่เป็นเช่นนั้น หากไม่มีเมฆหรือควัน ท้องฟ้าจะเปลี่ยนเป็นสีฟ้าเนื่องจากการกระเจิงของ “แสงกลางวัน” โดยโมเลกุลของอากาศ การกระเจิงประเภทนี้เรียกว่าการกระเจิงแบบเรย์ลีห์ (ตามชื่อเซอร์เรย์ลีห์) ในการกระเจิงแบบเรย์ลี แสงสีน้ำเงินและสีฟ้าจะกระจัดกระจายมากกว่าเอฟเฟกต์ทินดอลล์ ตัวอย่างเช่น แสงสีน้ำเงินที่มีความยาวคลื่น 400 นาโนเมตรจะกระจัดกระจายในอากาศที่สะอาดมากกว่าแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น 700 นาโนเมตรถึงเก้าเท่า นี่คือเหตุผลว่าทำไมท้องฟ้าจึงปรากฏเป็นสีฟ้าสำหรับเรา - แสงแดดกระจัดกระจายไปทั่วช่วงสเปกตรัม แต่ในส่วนสีน้ำเงินของสเปกตรัมนั้นเกือบจะมีลำดับความสำคัญมากกว่าสีแดง รังสีอัลตราไวโอเลตที่ทำให้เกิดการอาบแดดจะกระจัดกระจายรุนแรงยิ่งขึ้น นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมสีแทนจึงกระจายทั่วร่างกายอย่างเท่าเทียมกัน ครอบคลุมแม้กระทั่งบริเวณผิวหนังที่ไม่ได้รับแสงแดดโดยตรง