Genel olarak bir malzeme üzerine gelen ışık (I), malzeme
tarafından geçirilir (T), absorblanır (A) veya yansıtılır (R).
I = T + A + R
Malzemenin boyutu küçültüldüğünde ışığın
saçılması (S), rengine (veya şefaflık, transparans) etki eder.
Refleksiyon, R: Düz bir yüzeye
çarpan ışığın orijinal ortama geri dönmesidir. Gelen dalga ile yansıyan dalga
aynı düzlemdedir.
Absorbsiyon, A: Absorbsiyon enerji
transformasyonuyla ilgili bir prosestir. Substansın enerji seviyeleri
absorblanan ışığın dalga boylarını tayin eder. Absorbsiyon moleküler bir
fenomendir, substansın kimyasal kimliğine ve yapısına dayanır (cluster veya
moleküllerin boyutuna değil) ve elektronik geçişler, vibrasyonlar, rotasyonlarla
ilgilidir. Spesifik elektronik geçişleri olan kromoforlar ve fluroforlar tipik
organik örneklerdir.
Şeffaf olan katı, sıvı, veya gaz gibi
tabakalardan geçen ışındaki bazı frekanslar, absorbsiyon olayı sonucunda,
seçimli olarak tutulurlar. Burada örneği oluşturan atomlar veya moleküllere
elektromagnetik enerji transfer edilir; tanecikler düşük bir enerji halinden
daha yüksek enerji hallerine veya "uyarılmış hallere" geçerler. Oda
sıcaklığında maddelerin çoğu en düşük enerji seviyesindedirler. Bu, "temel
hal"dir. Absorbsiyon, taneciklerin temel halden, yüksek enerjili hallere
geçmesiyle ilgilidir.
Atomlar, moleküller veya iyonların belirli
sayıda enerji seviyeleri vardır. Işının absorblanması için uyarıcı fotonun
enerjisinin, absorblayan taneciklerin temel halleri ve herhangi bir uyarılmış
hali arasındaki enerji farkına eşit olması gerekir.
Transmisyon, T: Transmisyon ışığın
bir malzemeden geçebilme yeteneğidir.
Işının, şeffaf bir madde içindeki ilerleme
hızının vakumdakinden daha düşük olduğu deneysel olarak gözlenmiştir. İlerleme
hızı ayrıca ortamdaki atomların, iyonların veya moleküllerin cinslerine ve konsantrasyonlarına
da bağlıdır.
Transmisyona neden olan etkileşim, ışının
elektrik alanının değişmesiyle açıklanabilir. Değişen elektrik alanı, ortamda
bulunan taneciklerin bağlı elektronlarının dalgalanmalarını ve her bir
taneciğin polarize olmasını sağlar. Işının absorblanmaması koşulu ile
tanecikler polarizasyon enerjisini çok kısa bir süre (10-14–10-15
saniye) tutarlar ve değişikliğe uğratmadan tekrar çıkarırlar; tanecikler de
orijinal durumuna dönerler.
Saçılma, S: Saçılma, ışın bir yüzeye çarptığında gelen
ışının dalga boyuyla kıyaslanabilen boyutta bir olgudur; bu nedenle, küme
(cluster) boyutuna, kümenin kırılma indisine ve süspansiyon ortamının kırılma
indisine bağlı fiziksel bir prosestir. Saçılma, sadece fiziksel bir
etkileşimdir; enerji transformasyonu gerçekleşmez, enerji birçok yöne
yönlendirilir. Gelen ve giden ışığın dalga boyu aynıdır. Işık,
kolloiddeki kümelere çarptıktan ve bir kez yönlendirildikten sonra, başka bir kümeyle
karşılaşabilir ve tekrar yönlendirilebilir. Maksimum saçılma, küme boyutunun
iki katı büyüklükte dalga boyları için gerçekleşir.
Bir maddeden ışın geçerken maddenin iyonları, atomları veya molekülleri
ışının enerjisini çok kısa bir süre tutarlar ve polarize olurlar; 10-14
–10-15 saniye gibi bir süre sonra tanecikler tuttukları enerjiyi bırakarak
orijinal durumlarına dönerler. Bırakılan ışın her yöndedir. Tanecikler, ışının
dalga boyundan daha küçük ise, orijinal yönde ilerleyen ışının dışındakilerin
hemen hemen tamamı yok olur.
Elastik Saçılma; Rayleigh Saçılması: Işının dalga boyundan daha küçük dalga boylu
taneciklerin neden olduğu saçılmaya "Rayleigh Saçılması" denir;
şiddeti, taneciklerin büyüklüğüne ve polarize olabilmesine, ayrıca ışının dalga
boyunun dördüncü kuvvetinin tersine bağlıdır. Rayleigh saçılması, saçılan
fotonların enerjileri değişmediğinden elastiktir; Gelen fotonun enerjisi, atomu
uyarılmış bir seviyeye geçirmek için çok küçüktür.
Ortamdaki tanecikler ışının dalga boyu ile kıyaslanabilir boyutlarda
olursa saçılma, Tyndall etkisi veya bulanıklık şeklinde gözlenebilir. Tyndall
etkisi (Tyndal saçılması da denir), küçük partiküller (bir kolloidteki partiküller
veya toz veya sis gibi) tarafından ışığın saçılmasındandır.
