二、透射电子显微镜
透射电子显微镜是以电子束透过样品，经过聚焦与放大
后所产生的物像， 投射到荧光屏上或照相底片上进行观察。
透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为
几万～几十万倍。 适用于测量直径约为1～500nm的质点。
三、扫描电子显微镜
扫描电子显微镜是使用一中等能量的微电子束，以一 连串平等的轨迹对样品进行扫描，与样品相互作用，从而 产生各种不同的信号，显示在荧光屏上和照相底板上。 一般用来观察样品表面的形貌特征。 分辨率约5nm，放大率一般十几倍到几十万倍 。
四、暗场显微技术 超显微镜
超显微镜的类型
1、狭缝式 照射光从碳弧光源射击，经可调狭缝后，由透 镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中。 超显微镜的目镜 看到的是胶粒的 散射光。 碳弧电源 显微镜
如果溶液中没有
胶粒，视野将是 一片黑暗。 可调狭缝 胶体
狭缝式超显微镜
四、暗场显微技术 超显微镜
2、心形聚光器
有如下研究：
（1）可以测定球状胶粒的平均半径。 （2）间接推测胶粒的形状和不对称性（不对称质点产生 闪烁效应）。 （3）判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散射光 的强度也不同。 （4）观察胶粒的布朗运动 、电泳、沉降和凝聚等现象。
§3-2

光散射
系统的一些光学现象，而且还能使我们直接观察到
胶粒的运动，对确定胶粒的大小和形状具有重要
意义。
一、光学显微镜 分辨率
分辨率－观察时能分清两个点的中心距离的最小尺寸。 分辨率 用公式表示为：


2n sin
为入射光波长，n为物体和物镜间介质的折射率，
为角孔径（物镜对物体所形成的张角的一半）， n sin 为给定浸没介质下物镜的数值孔径。
透过光中该波长段将变弱，这时透射光将呈该波长的补色光。
红色的金溶胶 对500～600nm 波长的绿色光有 较强的吸收，因 而透过光呈现它 的补色——红色
丁达尔效应
Tyndall 效应另一特点就是当光通过分散体系时， 在不同的方向观察光柱有不同的颜色。
如AgCl 的溶胶，在光透过的方向观察，呈浅红色； 而在与光垂直的方向观测时，则呈淡蓝色。
四、暗场显微技术 超显微镜
例. 在超显微镜中观察含Hg量为0.008 g· mL-1的水溶胶， 在视野为1×10-9 mL体积内数得平均粒子个数为20个， 设Hg的密度为13.5 g· cm-3，且粒子为球形，求粒子的平 均半径。
解：设粒子的半径为r，
4 3 cV r n 3
r＝1.9×10-7 m
四、暗场显微技术 超显微镜
如在超显微镜下数出视野中粒子的平均个数，然后再 换算出每毫升溶胶所含的胶粒数 n。 若胶粒的密度为 ，每个胶粒的体积为V，则每毫升 溶胶中胶粒的总质量 m 为：
m nV
若胶粒是球形的，其半径为r，则
m 4 3 V r n 3
3
r
3m 4 n
4 3 M r NA 3
500 159 nm 2 1.575 1
500
光学显微镜的分辨率约为200nm，因而不能直接用来观察
胶体微粒。
一、光学显微镜 分辨率
可见光波长
光色 红（Red） 橙（Orange） 黄（Yellow） 绿（Green） 青（Cyan） 波长λ（nm) 780～630 630～600 600～570 570～500 500～470 代表波长 700 620 580 550 500
显微镜物镜
胶体
这种超显微镜有 一个心形腔，上部视 野涂黑，强烈的照射 光通入心形腔后不能 直接射入目镜，而是 在腔壁上几经反射， 改变方向，最后从侧 面会聚在试样上。
心形聚光器 配有心形聚光器的显微镜
目镜在黑暗的背景上看到的是胶粒发出的的散射光。
四、暗场显微技术 超显微镜
尽管在超显微镜下，不能直接看到胶粒的大小和形状，
质均分子量
六、大质点散射
当质点有一个以上的线度超过 20时，这样的质点 不能看作散射光的点光源。此时必须考虑在同一个质点 的不同部位上产生的散射光的相消干涉。 1908年G.米提出球形大质点的散射理论。这个理论 除了考虑偶极矩外，还考虑了大质点中多极电矩与磁矩 的辐射。
Kc 1 c 0, 0 R M
亦愈显著。
三、小质点散射
入射光 380~780nm
I0
I ∝1/λ4
溶胶
透射光 650nm 散射光450nm
注意： Rayleigh公式不适用于金属溶胶，因金属溶胶不 仅有散射作用，而且还有吸收作用。
晴天天空呈蓝色
日出
日落
防雾灯用黄色
三、小质点散射
实际上散射光在各个方向上的强度是不同的。细小粒子 各方向的散射光强度或用下式表示：
一、丁达尔效应－浊度
丁达尔效应
当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到
胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫丁达尔现象，
也叫丁达尔效应。 由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散 相粒子尺寸的入射光照射到溶胶体系，发生的散射现象。 丁达尔效应是胶粒对光散射的结果。
丁达尔效应
Tyndall效应
但结合其他数据仍可计算出粒子的平均大小，推断出胶粒的
形状。 用超显微镜也可以推断粒子的形状。例如，在其中 若看到的“光点”（胶粒的散射光）闪烁不定，时明时暗， 则表明此种粒子为不对称的棒状或片状物；如散射光亮度 不变，即“光点”不产生闪烁现象，则表明此为对称的球 形或立方体胶粒。 不对称粒子在向光面变化时有闪光现象。
浊 度（turbidity）
浊度的定义为：
It /I0 e
l
It I0 l
透射光强度

入射光强度 样品池长度 浊度
浊度的物理意义：
当
I t /I 0 1 /e
1 τ l
浊度是定量表示分散体系的光散射能力的一个物理量。
它表示当光源、波长、粒子大小相同时，溶胶的浓度不同，
其透射光的强度亦不同。
三、小质点散射
Rayleigh公式
1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对于粒子 半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式， 称为Rayleigh公式：
I
式中：A
24 A V
2 2
2

4
n n ( ) n 2n
2 1 2 1
2 2 2 2 2
入射光振幅， 入射光波长，
第3章
光学性质
Optical properties
第3章 光学性质

§3-1 光学和电子显微技术 Optical and electron microscopy
§3-2 光散射 Light scattering

§3-1
光学和电子显微技术
溶胶的光学性质是其高度分散性和不均匀性
的反映。通过光学性质的研究，不仅可以解释溶胶
（1）若分散相的粒子大于入射光的波长，则主要发生
光的反射或折射现象，使体系呈现浑浊。如粗分散体系。
（2）若是分散相的粒子小于入射光的波长，则主要发
生光的散射。溶胶发生光散射作用而出现Tyndall 效应。
散射：在光的前进方向之外也能观察到光的现象。
丁达尔效应
光散射的本质：光是一种电磁波，照射溶胶时，分子
蓝（Blue）
紫（Violet）
470～420
420～380
470
420
一、光学显微镜 分辨率
颜色环
一、光学显微镜 分辨率
放大率是指人眼可分辨的最小距离（0.2mm）与所用 显微镜的分辨率之比。放大率≠分辨率 普通光学显微镜的最大放大率约为2500倍，即使使用 波长更短的紫外线，也只能提高到3500倍。 电子显微镜是以电子束为光源，电子的波长大约是可 见光的波长的十万分之一，这样可大大提高分辨率。 其放大率一般可达25～30万倍，甚至50万倍。 因此，利用电子显微镜可以直接观察到胶粒的大小和 形状。 除此之外，暗场显微技术也得到应用，它能使观察所 需的最小对比度大大降低。
二、散射光的测量
胶体体系所散射的光强、偏振和角向分布均取决于散射 质点的大小与形状、质点间的相互作用以及质点与分散介质 间的折射率差异。 光散射的测量对于测定质点的大小、形状和相互间的作 用有很大的价值。
二、散射光的测量
与测量质点大小的其他技术相比，光散射法有下列优点： （1）计数是绝对的，不需要定标； （2）测量几乎是立刻完成的，宜于作快速研究； （3）通常对所研究的体系不产生明显的干扰； （4）测量所涉及的质点数很多，故对多分散体系样品 的取样代表性强。
中的电子分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天
线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是散 射光（亦称乳光）。 分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵 消，看不到散射光。溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介 质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射 现象。
丁达尔效应
（3）许多溶胶是无色的，这是由于它们对可见光的各波 段的光吸收都很弱，并且吸收大致相同。 如溶胶对可见光的某一波长的光有较强的选择性吸收，则
四、质点间的干扰
在散射光源互不干扰的体系中，散射光波间相消或相长 干涉的几率是相等的，散射波的振幅加强或抵消也是无规的。 总散射光的振幅正比于散射质点数的平方根。因为光强 与其振幅的平方成正比，所以散射光的总强度与质点数也成
正比。
五、光散射法测定相对分子量
散射光的总强度正比于分散相的浓度与质量的乘积c· m。 涨落理论，把散射光看作是浓度涨落现象的结果，由于 分子无规运动而造成折射率的变动。 德拜导出：

V n2
单位体积中粒子数 每个粒子的体积 分散介质的折射率