Як вже указувалося, розміри колоїдних частинок менші, ніж довжина хвилі видимого світла, і тому побачити колоїдні частинки в звичні оптичні мікроскопи не можна. Світло, яке розсіюють колоїдні частинки, дуже слабке і не помітне на фоні світла, яке проходить. Для того, щоб помітити світло, розсіяне кожною колоїдною частинкою, треба розглядати колоїдну систему в мікроскоп на темному фоні і при сильному бічному освітленні. При цьому кожна колоїдна частинка стає джерелом розсіяного світла і спостерігається у вигляді точки, що світиться, на темному фоні. Ми спостерігаємо не власне колоїдну частинку, а лише світло, яке вона розсіює. Але спостерігаючи за точками, що світяться, в центрі яких знаходяться колоїдні частинки, ми можемо констатувати присутність колоїдних частинок, підрахувати їх кількість (тобто визначити концентрацію частинок дисперсної фази) і бачити їх переміщення [2].

Такі досліди, проведені Перреном, Сведбергом і іншими вченими, з'явилися підтвердженням правильності теорії броунівського руху і молекулярно-кінетичної концепції в цілому [3].

Застосування ультрамікроскопії дозволяє спостерігати частинки з розмірами до 3 нм, тобто відсовує межу видимості майже на два порядки, охоплюючи практично всю колоїдну область дисперсності [4].

Метод ультрамікроскопії застосовують при дослідженнях різноманітних дисперсних систем, а також для контролю чистоти атмосферного повітря, технологічної і питної води, ступеня забруднення оптично прозорих середовищ сторонніми включеннями.

Об'єктом багатьох практичних задач медичної біотехнології, діагностики і медичної екології (виробництво вакцин, білків плазми крові, діагностика сечокам'яної хвороби, отримання чистої питної води) є багатокомпонентні невизначені біомінеральні дисперсні системи. Деякі характеристики колоїдних компонентів цих систем якнайповніше визначаються методом потокової ультрамікроскопії з лазерним освітленням, що дозволяє робити "видимими" частинки розміром менше 0,1 мкм, що мають невисокий показник заломлення (nотн.)

Ультрамікроскопічні спостереження також іноді дозволяють судити про форму колоїдних частинок. Так, якщо частинки асиметричні (наприклад, мають форму паличок або листків), то яскравість розсіяного світла залежатиме від того, на яку з площин поверхні частинки потрапить проміння падаючого світла. Такі частинки володіють змінною яскравістю, тобто мерехтять на темному полі зору мікроскопа [2].

3.2 Апаратура і методика вимірювань

Прилад, що дозволяє спостерігати колоїдні частинки в мікроскоп на темному фоні при бічному освітленні, називається ультрамікроскопом.

Ультрамікроскоп - оптичний прилад для виявлення найдрібніших (колоїдних) частинок, розміри яких менше межі дозволу звичних світлових мікроскопів. Можливість виявлення таких частинок за допомогою ультрамікроскопа обумовлена дифракцією світла на них (ефектом Тіндаля) . При сильному бічному освітленні кожна частинка в ультрамікроскопі виглядає для спостерігача як яскрава точка (дифракційна пляма, що світиться) на темному фоні. Унаслідок дифракції на найдрібніших частинках розсіюється дуже мало світла, тому в ультрамікроскопі застосовують, як правило, надзвичайно сильні джерела світла. Ультрамікроскоп не дає оптичних зображень досліджуваних об'єктів. Проте, використовуючи ультрамікроскоп, можна встановити наявність і концентрацію частинок, а також вивчати їх рух.

Ультрамікроскоп створили в 1903 р. австрійські вчені Р. Зігмонді і Г. Зідентопф. У запропонованій ними схемі щілистого («класичного») ультрамікроскопу (мал.3, а) досліджувана система нерухома. Кювета 5, що містить речовину, що вивчається, освітлюється джерелом світла 1 (2 - конденсор, 4 - освітлювальний об'єктив) через вузьку прямокутну щілину 3, зображення якої проектується в зону спостереження. В окуляр спостережного мікроскопа 6 видно точки (дифракційні плями) частинок, що знаходяться в площині зображення щілини, що світяться. Вище і нижче освітленої зони присутність частинок не виявляється.

Мал.3 Принципові схеми щілистого (а) і потокового (б) ультрамікроскопів:

1 - джерело світла; 2 - конденсор; 3 - оптична щілина; 4 - освітлювальний об'єктив; 5 - кювета; 6 - спостережний мікроскоп; 7 - фотометричний клин.

У потоковому ультрамікроскопі (рис.3, б), розробленому в 50-х рр. 20 ст. радянськими вченими Б. В. Дерягиним і Р. Я. Власенко (на відміну від щілистого мікроскопа, в якому досліджувана система нерухома), частинки, що вивчаються, рухаються по трубці назустріч оку спостерігача. Тобто потік рідкого золю або аерозолю прямує по трубці; частинки, перетинаючи зону освітлення, реєструються як яскраві спалахи візуально або за допомогою фотометричного пристрою. Регулюючи яскравість світлового потоку рухомим фотометричним клином 7, можна виділяти для реєстрації частинки, розмір яких перевищує задану межу. За допомогою потокового ультрамікроскопа вдається визначати часткові концентрації золей аж до 1010 частинок в 1 см3. [10].

Для спостереження за колоїдними частинками, окрім ультрамікроскопів, користуються також простішими приладами, які називаються конденсорами темного поля. Це спеціальні освітлювачі, які вставляються в мікроскоп замість звичного конденсора. Проміні, що йдуть від дзеркала мікроскопа, прямують в низ таким чином, що дають бічне освітлення, і колоїдні частинки, що зустрічаються на їх шляху, розсіюють світло. При цьому саме проміння у поле зору мікроскопа не потрапляє, тому колоїдні частинки видно як точки, що світяться, на темному полі зору.

Конденсорами темного поля можна виконувати ті ж спостереження, що і ультрамікроскопом [2].

Порядок роботи. Щоб визначити розміри колоїдних частинок за допомогою ультрамікроскопічних спостережень, поступають таким чином. Сильно розбавлений золь з процентною концентрацією, рівною с, поміщають в кювету ультрамікроскопа і підраховують у полі зору окуляра мікроскопа, обмеженому сіткою, число точок (частинок), що світяться.

Оскільки в результаті інтенсивного броунівського руху число частинок в полі зору безперервно міняється, то підрахунок роблять декілька десятків разів (через певні проміжки часу) і потім знаходять п -- середнє число частинок у полі зору окуляра, обмеженому сіткою. Об'єм золя, в якому спостерігалися частинки, можна обчислити як добуток обмеженою сіткою окуляра площі, на якій робився підрахунок