1. За счет эффекта поверхностного плазмонного резонанса коллоидные растворы серебра окрашены и цвет раствора напрямую связан с размером наночастицы. В связи с отсутствием полного внутреннего отражения часть видимой области оптического спектра поглощалась раствором, который приобретал окраску «дополнительную» к поглощенному цвету.
Коллоидный раствор серебра Апполинария (раствор А) имеет максимум поглощения в сине-голубой области (400 нм). «Дополнительной окраской в данном случае является желто-оранжевый. Коллоидный раствор Онуфрия (раствор О) наиболее интенсивно поглощает в области 620 нм (красно-оранжевый диапазон), что придает раствору сине-зеленую окраску («цвет морской волны»).
2. При ответе на данный вопрос требовалось сформулировать критерии оценки качества коллоидных растворов серебра. К основным критериям оценки можно отнести следующие:
1) Монодисперсность частиц (разброс по размеру относительно среднего значения) является важнейшим критерием оценки качества коллоидного раствора. Методики получения коллоидного серебра с узким распределением частиц оп размеру является сложнейшей синтетической задачей, требующей невероятных аккуратности и усердия. В настоящее время также активно развиваются методики фракционирования наночастиц с целью выделения фракций с наиболее узким распределением по размеру.
В коллоидном растворе А распределение частиц по размеру уже, что говорит о его более высоком качестве.
2) Размер металлических наночастиц обусловливает их функциональные свойства. Исходя этого критерия, можно сделать вывод, что раствор А лучше, так как размер наночастиц в этом случае меньше, чем в случае раствора О.
3) Различная интенсивность окраски растворов, вероятно, обусловлена различием концентраций наночастиц. В растворе Апполинария концентрация наночастиц больше, чем в растворе Онуфрия. С этой точки зрения коллоидный раствор А мог быть оценен как «лучший».
3. Чтобы изобразить спектры поглощения растворов, необходимо найти коэффициэнты I0 и b для двух уравнений вида
.
В случае коллоидного раствора А спектр поглощения имеет вид y(x), для коллоидного раствора О – вид g(x), где x – длина волны. С целью самопроверки предлагается сопоставить соотношения значений поглощения растворов А и О при некоторых длинах волн с табличными значениями, приведенными в условии задачи.
Чтобы найти вид спектра поглощения коллоидного раствора, полученного смешением равных объемов А и О, необходимо суммировать спектры и учесть, что при смешении растворов концентрации каждого вида наночастиц уменьшается вдвое. На рисунке ниже спектр двухкомпонентного раствора показан зеленым цветом, как функция k(x).
4. Опираясь на табличные значения в условии задачи, предлагается разбавить коллоидный раствор А примерно в 5 раз. В качестве альтернативного метода может быть рассмотрен вариант изменения размера наночастиц одного из коллоидных растворов путем химического или физического воздействия на систему с целью получения растворов одинаковой окраски.
5. Этот вопрос подразумевал описание принципа действия спектрофотометра. Большинство участников с заданием справились успешно.
6. При увеличении размера наночастиц серебра происходит смещение полосы резонансного поглощения в длинноволновую область спектра. Этот эффект называют «красным сдвигом». Размер наночастиц в коллоидном растворе А меньше, чем частиц в коллоидном растворе О.
