Способ электрофоретического определения дзета-потенциала частиц суспензии

Авторы патента:

G01N27/26 - путем определения электрохимических параметров; путем электролиза или электрофореза (определение коррозионной стойкости G01N 17/00; путем разделения на составные части с использованием адсорбции, абсорбции или подобных процессов или с использованием ионного обмена, например хроматографии G01N 30/00; иммуноэлектрофорез G01N 33/561; электрохимические процессы и аппараты вообще B01J; стандартные элементы H01M 6/28)

СПОСОБ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧ:ЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЗЕТА-ПОТЕНЦИАЛА ЧАСТИЦ СУСПЕНЗИИ, включающий воздействие на суспензию постоянного электрического поля и измерение скорости движения частиц с последующим определением искомого параметра по велию чинам частот допплеровского сигнала, отличающийся тем, что с целью повышения точности и упрощения технической реализации способа, на. суспензию воздействуют электрическим полем с линейно изменяющимся напряжением и измеряют его величину в момент фиксации величин частот допплеровского сигналаt

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК, S0„„1038868 А

3ДУ Q 01 H 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0ТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3350325/18-25 (22) 02.11.81

-(46 ) 30.08.83. Бюл.932 (72) A.Ê. Полянский и Б.Н. Гриб

:,(71) Украинское научно-производственное объединение целлюлозно;бумажной промыаленности (53) 543.253(088.8)

: (56 ) 1. Патент США Р 3454487, кл. Я 01 И 27/26, опублик. 1969.

2. Патент США Р 3870612, кл. Я 01 N 27/26, опублик. 1972 (прототип) (54 ) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОFO ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЗЕТА-ПОТЕНЦИАЛА, ЧАСТИЦ СУСПЕНЗИИ, включающий воздействие на суспензию постоянного электрического поля и измерение скорости движения частиц с последующим определением искомого параметра по велим чинам частот допплеровского сигнала, отличающийся тем, что с целью цовыаения точности и упрощения технической реализации способа, на,суспензию воздействуют электрическим полем с линейно изменяющимся напряжением и измеряют его величину в момент фиксации величин частот допплеровского сигнала е

1038868

Изобретение относится к способу определения электрофоретической подвижности заряженных частиц или их дзета-потенциала и может быть использовано в различных областях техники, где имеют дело с суспензиями частйц: в химии, полиграфии, целлюлозно-бумажной промыаленности и тед °

Известен способ определения дзетапотенциала частиц суспензии, вклю" 10 чающий подачу постоянного питающего напряжения на электроды ячейкя, Освещение ячейки источником света .и измерение скорости перемещения частиц вдоль окулярной сетки микроскопа с последующим расчетом дзетапотенциала по известной зависимости. В способе скорость движения частиц измеряется с помощью секундомера (.1).

Однако укаэанный способ утомите- . лен, так как наблюдение частиц ведется визуально; продолжителен, так как для повышения точности определения проводятся повторные измерения, и не исключен от субъективных ошибок оператора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ электрофоретического определения дзета-потенциала частиц суспензии, включающий воздействие на суспензию постоянного электрического поля и измерение скорости движения частиц а последующим определением искомого параметра по величинам частот допплеровского сигнала.B дан- 35 ном способе в качестве информативного сигнала, пропорционального скорости движения частиц, используют допплеровский сдвиг частоты рассеянного на них света. Автоматическое полу- 40 чение электрического сигнала, частота которого пропорциональна электроФоретической подвижности частиц, позволяет сократжть время измерения и повысить точность за счет исключения субъективных ошибок оператора (2).

Недостатком известного способа с использованием постоянного напряжения является то что для определе ния по нему дзета-потенциала с.требуемым разрешением (например, 1 тВ) при широкой области его определяемых значений (найример, 0-50 и В ) требуется громоздкое устройство, точность которого сравнительно невелика.55

Цель изобретения - повышение точности и упрощение технической реализации способа.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу электрофорети- 60 ческого определения дэета-потенциала, частиц суспензии, включающему воздействие на суспензию постоянного элект-. рического поля и измерение скорости 1, движения частиц с последующим опре-.. 65 делением искомого параметра по величинам частот допплеровского сигнала, на суспензию воздействуют электрическим полем с линейно изменяющимся напряжением и измеряют его величину в момент фиксации величин частот допплеровского сигнала.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ ; на Фиг.2 - зависимость между питающим напряжением и величиной дзетапотенциала.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения (лазер), расщепитель 2, объектив 3, ячейку 4 с электродами 5 и б, пробоотборник

7, диафрагму 8, объектив 9, диаФрагму 10, фотодетектор (Фотоэлектронный умножитель)11, предусилитель 12, четыре анализирующих устройства

13-16, блок 17 постоянной памяти, блок 18 измерения температуры, источник 19 питания ячейки (генератор), вычислительный блок 20.

Способ реализуется следующим образом.

Лазер 1 (например Не-Ие)генерирует излучение, которое поступает Hà расщепитель 2, выполненный в виде квадратной пластины из оптического стекла. Пластина одним углом устанавливается посередине падающего пучка, в результате получаем два параллельных пучка одинаковой интенсивности, сечение которых имеет форму полукруга.. Подбор интенсивностей осуществляется с помощью пойеречного перемещения пластины расщепителя 2. Пос-. ле прохождения через объектив 3 лучи

Фокусируются на ячейке 4, которая представляет собой, например, стеклянную камеру (40х18х1 мм ), в которой имеется два платинированных электрода 5 и б для создания в ячейке 4 электрического поля, направленного вдоль ее большого размера.

Суспензия представляет собой, например, фильтрат бумажной массы, разбавленной до необходимой концентрации.

Величина необходимой концентрации фильтрата определяется опытным путем с учетом MQLlHocTH лазера 1 и чувствительности фотодетектора 11. Заполне; ние ячейки 4 фильтратом происходит из пробоотборника 7 за счет равного уровня. Через 2-Зс необходимых для успокоения жидкости," на электроды

5 и 6 ячейки 4 генератором 19 прикладывают импульсное линейно возрастающее напряжение, вызывающее равноускоренное движение частиц. Амплитуда импульсов генератора возрастает в пределах Ц„„„- Оп1 „.Вследствие пересечения лучей в стационарном слое ячейки образуется измерительный объем, пересекая который частицы . рассеивают излучение. Рассеянный

|частицами свет собирается приемным

1038868 объективом 9 на поверхности катода

Фотодетектора 11, Диафрагма 6, установленная перед объективом 9, предотвращает попадание первичного излучения на фотокатод. Объектив 9 и, :> диафрагма 10 настраиваются так, чтобы 5 рассеянный свет проходил в основном нэ измерительного объема. Вследствие Фотогетеродинирования на выходе

Фотодетектора 11 вырабатывается сигнал с допплеровской частотой f* ли 39 нейно сняэаннай со скоростью частиц, . !

2Ч . д

= вЂ” 51 A вЂ” GQ»

Д Л где Y вЂ” скорость движения частиц, MR/< вЂ” угол между нормалями к волновым фронтам пучков„ град; вЂ” длина волны иэлучения лазера мк г вЂ” угол между вектором скорости и нормалью к биссектрисе угла 8 град.

После Фотодетектнрования и предварительного усиления сигнал поступает одновременно на четыре анализирующих устройства 13-16, в которых размещены ускополосные инфраниэкочастотные филь" ры (УПФ j квадратичные детекторы (КД ) интегра::ори (И ):и компараторы (К ) .

Выходи компараторов связаны с управ " ляющими входамиблока 17постоянной па, мяти, выходной сигнал которого постуйае ." на вычислительное устройство 20.35

Кроме того, на вычислительное устройство поступают сигналы с датчика 18 температуры и источника 19 питания ячейки (генератора j.

Измерение температуры производит- 40 ся в электрофоретической ячейке для компенсации погрешности, вызванной температурными изменениями, вязкости и диэлектрической постоянной раствора g$

При изменении величины питающего наггряжения от 3„,„-„до О,„ „за счет ускорения астиц происходит смещение частоты допплеровского сигнала, В момент совпадения частоты сигнала фотодетектора со средней частотой полосы пропускания одного иэ фильтров УПФ амплитуда въжццного сигнала по.-.леднего возрастает. Возрастает также сигнал квадратичного де,тектора и интегратора. Сигнал с интегратора подается на один из входов компаратора, собранного на операционнэм усилителе, на другой ено выход подается опорное напряжение . с делителя (не показан ). При преви- бо шенин входным сигналом компаратора порогового значения выходной сиг.нал изменяет полярность, что служит командой, по которой в вычислительное устройство вводится значение амплитуды импульса источника питания ячейки U, напряжение U«аропорциональное температуре, со схемы

18 измерения температуры и величина средней частоты из постоянной памяти канала Фильтрации, частота которого совпадает с частотой допплеровского сигнала. При этом рассчитывается величина дэета-потенциааа

4 (K2 к ОФ) (1 U (1-к У ) где U вЂ” напряжение питания на ячейке в момент совпадения частоты допплеровского сигнала с полосой пропускания одного из фильтров В)

06- напряжение, процорциональйое температуре раствора В;

К„ -К; - коэффициенты пропорциональности

Измерение величины дзета-потенциала при ускоренном движении частиц имеет свои особенности. Они вытекают из гиперболической зависимости между величиной дзета-потенциала частиц и питающим напряжением, когда частицы имеют заданную скорость. Как видно иэ кривых (фиг.21, от выбранной неличины контролируемой скорости зависит диапазон измерения значений дэета потенциала при заданном диапазоне изменения питающего напряжения.

Величина контролируемой скорости, заданная в виде полосы пропускания

Фильтра, выбирается так, чтобы при выбранном верхнем пределе изменения питающего напряжения не было ограничения измерений дэежа-потенциала частиц.снизу. Одновременный контроль скоростей по нескольким выбранным значениям полос пропускания позволяет расширить диапазон измерения дзетадотенциала частиц беэ увеличения (гределов изменения питающего напряжения.

Пример. Определение дзета« потенциала частигг бумажной массы.

Частицы фильтрата бумажной массы могут иметь величину дэета-потенциала в пределах 0-50 иВ. При изменении напряжения на электродах ячейки 20200 В и контроле частоты допплеровского сигнала фильтрами со средней частотой 0,7, 2; 8 и 18 Гц величина дзета-потенциала может бить измерена

so всем диапазоне. При внличине дэета-потенциала суспензии равной 14 мВ частота допплеровского сигнала совпадает со средней частотой Фильтра

2.Рц, при напряжении (У =34,6 В при условии, что температура раствора

QRILKa 2 0 С

10388б8

1038868 и,„

Подписное Заказ б222/51 Тираж 873

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г,. Ужгород, ул. Проектная, 4

Состави1едь И. Клешнина

Редактор С. Квятковская Техред.И.Метелева Корректор В. Бутяга

Способ электрофоретического определения дзета-потенциала частиц суспензии

Способ разделения смеси дисперсных частиц в силовом поле // 1032399

Устройство для электрофореза микроколичеств белков // 1029064

Способ исследования границы раздела электрода с электролитом // 1022032

Способ электрофореза в свободной среде // 1015739

Устройство для заполнения партии трубок гелем // 1015289

Устройство для электрофореза в свободной среде // 1012117

Устройство для электрофоретического разделения частиц // 1004852

Устройство для электрохимического изучения состава сред // 996973

Устройство для электрофореза на вертикальной пластине геля // 989438

Способ определения нитрит-иона в растворе // 2105296

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа с использованием ионоселективных электродов и может быть использовано для повышения чувствительности и селективности способа

Способ определения мышьяка (iii) // 2105297

Изобретение относится к электроаналитической химии, а именно к способу определения мышьяка (III), включающему концентрирование мышьяка на поверхности стеклоуглеродного электрода в растворе кислоты с последующей регистрацией аналитического сигнала, при этом концентрирование мышьяка (III) проводят на поверхности стеклоуглеродного электрода, покрытого золотом, в растворе до 3,0 M в интервале потенциалов -0,40-(-0,45)B в течение 1-10 мин с последующей регистрацией производной анодного тока по времени при линейной развертке потенциала

Способ измерения потенциала рабочего электрода электрохимической ячейки под током // 2106620

Изобретение относится к области электрохимии, электрохимических процессов и технологий в части измерения потенциала электродов под током, а именно к способу измерения потенциала рабочего электрода электрохимической ячейки под током, основанному на прерывании электрического тока, пропускаемого между рабочим и вспомогательным электродами, и измерении текущего потенциала рабочего электрода, при этом процесс измерения текущего потенциала Eизм рабочего электрода производят относительно электрода сравнения непрерывно по времени t, затем по измеренным значениям потенциала рассчитывают первую производную от зависимости изменения текущего потенциала рабочего электрода от времени: (t)=Eизм

Способ получения активированных кислого и щелочного растворов // 2108300

Изобретение относится к способу получения активированных кислого и щелочного растворов, включающему электрохимическое разделение водного раствора электролита, при этом электрохимическому разделению подвергают мочу животных и/или человека

Способ адсорбционного концентрирования необратимо адсорбирующихся на металлах соединений // 2114424

Изобретение относится к адсорбции компонентов, а именно к способу адсорбционного концентрирования необратимо адсорбирующихся на металлах соединений путем наложения электрического поля в электрохимической ячейке, при этом перед концентрированием проводят адсорбцию на жидкометаллическом электроде из раствора, содержащего адсорбируемые соединения, при интенсивном перемешивании и потенциале электрода, обеспечивающем необратимую адсорбцию, а концентрирование после отстаивания осуществляют путем сокращения поверхности электрода с необратимо адсорбируемыми соединениями при переводе электрода из ячейки в капилляр. Изобретение относится к анализу материалов с помощью оптических методов путем адсорбции компонентов

Способ определения потенциала поверхности // 2119157

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к области аналитической электрохимии, и может быть использовано при определении свойств грунтов, горных пород, строительных материалов, а также свойств поверхностей раздела фаз

Полупроводниковый материал для адсорбционных сенсоров низкомолекулярных органических соединений и способ его изготовления // 2119695

Изобретение относится к составу полупроводниковых материалов, используемых в адсорбционных сенсорах для обнаружения и количественной оценки концентрации низкомолекулярных органических соединений, преимущественно кетонов в выдыхаемом людьми воздухе, и к технологии изготовления таких полупроводниковых материалов

Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах // 2120624

Способ определения содержания нефтепродуктов в воде // 2126965

Устройство для анализа воды // 2132049