Рассеянием света на ультразвуке называется отклонение частиц света – фотонов от направления прямолинейного распространения при прохождении через области среды, в которых распространяется ультразвуковая волна.

Л. И. Мандельштам показал (1907), что принципиально необходимым для рассеяния света в сплошной среде является нарушение её оптической однородности, при котором показатель преломления  среды не постоянен, а меняется от точки к точке. Оптическими неоднородностями (кроме границ среды) являются включения в среду инородных частиц, а при их отсутствии – флуктуации плотности, анизотропии и концентрации, которые возникают в результате прохождения в среде ультразвуковой волны.

Рассеяние на тепловых звуковых волнах называют рассеянием Мандельштама – Бриллюэна, по имени выдающихся советского и французского физиков, независимо предсказавших этот эффект в 20–х годах нашего столетия.

Если, например, через вещество распространяется звуковая (или ультразвуковая) волна, возбужденная за счет тепловой энергии, то в каждой точке вещества происходит его периодическое разрежение и сжатие, а значит, и периодическое изменение его оптических свойств – показателя преломления. Но тогда проходящий через среду свет будет рассеиваться колебаниями ее показателя преломления – оптическими неоднородностями, причем интенсивность рассеянного света окажется промодулированной с частотой звука, как и при рассеянии на колеблющейся молекуле. Однако здесь есть важное отличие: при рассеянии света на звуке рассеивает не отдельная молекула, а волна, то есть коллективное движение сразу многих молекул.

У света, рассеянного на волнах, имеется интересная особенность: его частота зависит от направления распространения, точнее, от угла рассеяния. Дело в том, что световые волны, рассеянные от разных гребней звуковой волны, складываясь, не гасят друг друга лишь при подходящих фазовых соотношениях. Например, для рассеяния назад нужно, чтобы длина звуковой волны была вдвое меньше световой.

Рассеяние на тепловых звуковых волнах называют рассеянием Мандельштама – Бриллюэна, по имени выдающихся советского и французского физиков, независимо предсказавших этот эффект в 20–х годах нашего столетия. Рассеяние Мандельштама – Бриллюэна применяется, в частности, для измерения скорости ультразвука в веществе.

 

Применение методов, основанных на измерении рассеяния света, достаточно ограничено прежде всего потому, что на измеряемый сигнал сильно влияет размер частиц. Поэтому необходимо строгое соблюдение идентичности условий построения градуировочного графика и анализа исследуемого раствора. 1. Вследствие того, что при работе этим методом обычно применяют сильноразбавленные растворы, получаемые осадки, вернее взвеси, должны иметь ничтожную растворимость. 2. Значения рассеянного и поглощенного света зависят от размеров частиц, находящихся в растворе. Следовательно, получение правильных результатов при анализе суспензий зависит от методики получения и от воспроизводимости их оптических свойств. На размеры частиц и оптические свойства суспензии влияют различные факторы (порядок смешивания растворов, скорость их смешивания, время, требуемое для получения максимальной мутности температура и т.д.). Таким образом, изучение всех этих факторов и стандартизация условий подготовки вещества турбидиметрическому определению необходимы для правильной работы. 3. Взвеси должны быть стойкими во времени, т.е. не оседать в течение достаточно длительного времени. Для увеличения стойкости взвесей часто применяют защитные коллоиды. Можно сказать, что турбодиметрия может быть полезной для селективных аналитических реакций, в результате которых образуется твердое соединение. Описаны методики определения аммиака иодидом ртути (реактив Несслера), фосфата в виде малорастворимого соединения с молибденом и стрихнином, сульфата бария с пределами обнаружения десятые-сотые доли микрограмма в миллилитре и др. Более интересно применение методов, основанных на рассеянии света, для определения средней молекулярной массы полимеров в растворах. Для расчетов необходимо знать мутность, концентрацию, показатель преломления, длину волны, производную показателя по концентрации и так называемый второй вириальный коэффициент, являющийся мерой неидеальности раствора. Использование метода светорассеяния ограничено размерами молекул: они должны быть меньше длины волны. Фотометры для измерения светорассеяния высокомолекулярных соединений выполняют разнообразные функции, позволяют проводить наблюдения под несколькими углами и снабжены набором кювет и поляризаторами, которые дают возможность получить информацию о форме частиц. Еще одно направление практического использования таких методов – это применение лазеров для дистанционного определения. Степень уменьшения интенсивности лазерного потока пропорциональна числу частиц, содержащихся в воздухе. Из небольшого лазера и фотоэлемента можно собрать чувствительный детектор, с помощью которого легко уловить несколько микрограммов частиц дыма диаметром от 0,1 до I мкм в кубическом метре воздуха.