Способ измерения поверхностного натяжения
Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений межфазного натяжения жидких сред. Для этого формируют вспучивания на межфазной поверхности жидкость-газ или жидкость-жидкость воздействием ультразвукового радиационного давления, и определяя максимальную высоту вспучивания, судят о величине поверхностного или межфазного натяжения. Техническим результатом является обеспечение возможности сравнительных измерений поверхностного и межфазного натяжения жидкостей. 1 ил.
Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений поверхностного и межфазного натяжения жидких сред.
Известно множество различных способов измерения поверхностного и межфазного натяжения жидкостей, используемых в фундаментальных исследованиях и для решения ряда практических задач [1, 2, 3]. Эти способы, за некоторым исключением, основаны на взаимодействии поверхности раздела жидкость-газ (или жидкость-жидкость) с поверхностью твердого тела, что вносит дополнительные погрешности и требует введения поправок в полученные результаты [1, 2, 3]. Исключение составляет лишь метод вращающейся капли [1, 2], пригодный только для измерения межфазного натяжения, и метод деформации поверхности жидкости струей воздуха [5] (прототип), трудно поддающийся стандартизации.
Известно также, что давление звукового излучения, действующее на границе раздела двух жидких или жидкой и газообразной сред, приводит к вспучиванию поверхности раздела (Рис.), величина (высота) которого связана, в том числе и с поверхностным (межфазным) натяжением [4].
Связь между максимальной высотой прогиба поверхности (h, при х=0), радиационным давлением (Pr) и поверхностным (межфазным) натяжением (σ) может быть получена из уравнения Лапласа в виде
где: r - радиус ультразвукового пучка,
ρ - плотность жидкости,
g - ускорение свободного падения,
К - функция Бесселя.
Откуда, при известном радиационном давлении, в звуковом пучке или интенсивности ультразвука, с которой радиационное давление связано, и величине максимальной (при х=0) высоты подъема жидкости во вспучивании, можно рассчитать поверхностное (межфазное) натяжение.
На практике не всегда с достаточной точностью удается измерить, например, радиус ультразвукового пучка, учесть ошибки, обусловленные динамическим давлением акустических течений, поэтому удобнее пользоваться относительным методом.
Заявленный способ предназначен для сравнительных (относительных) измерений поверхностного и межфазного натяжения жидкостей.
Указанный результат достигается измерением высоты вспучивания (h) свободной поверхности жидкости или межфазной поверхности несмешивающихся жидкостей (Рис) под действием генерируемого излучателем 1 ультразвукового пучка, направление распространения которого указано стрелкой, и сравнением полученного значения высоты вспучивания с соответствующими значениями градуировочной кривой, построенной заявленным способом по результатам измерений жидкостей с известными значениями поверхностного или межфазного натяжения в аналогичных условиях при тех же параметрах ультразвукового поля.
Способ осуществляется следующим образом (примеры).
1. В круглую кювету, дном центральной части которой является излучатель ультразвука, диаметром r наливают исследуемую жидкость до определенного уровня, включают ультразвук с фиксированной интенсивностью, достаточной для появления на поверхности жидкости вспучивания, но не превышающей значений, при которых сферичность вспучивания начинает заметно нарушаться и превращаться в ультразвуковой фонтан, измеряют доступными средствами (катетометром, например) высоту вспучивания и определяют поверхностное натяжение исследуемой жидкости по градуировочной кривой, заранее построенной при тех же условиях, на жидкостях с известным поверхностным натяжением.
2. В круглую кювету, дном центральной части которой является излучатель ультразвука, диаметром r наливают до определенного уровня исследуемые несмешивающиеся жидкости, межфазное натяжение между которыми требуется измерить, включают ультразвук с фиксированной интенсивностью, достаточной для появления на межфазной поверхности вспучивания, но не превышающей значений, при которых сферичность вспучивания начинает заметно нарушаться, измеряют доступными средствами (катетометром, например) высоту вспучивания и определяют межфазное натяжение исследуемых жидкостей по градуировочной кривой, заранее построенной при тех же условиях, на жидкостях с известным межфазным натяжением.
Приведенные примеры, которые, однако, не носят ограничительного характера, демонстрируют технику измерения поверхностного и межфазного натяжения заявленным способом, а совокупность отличительных признаков описываемого заявленного способа обеспечивает и подтверждает возможность реализации заявляемого способа с получением вышеуказанного результата.
В результате проведенного анализа уровня техники измерения поверхностного и межфазного натяжения, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа, не обнаружен, следовательно, заявленный способ соответствует условию "новизна".
Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленный способ не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку подобрана совокупность технических средств и условий, обеспечивающих достижение заявленного результата. Следовательно, заявленный способ соответствует условию "изобретательский уровень".
Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его реализации с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленный способ соответствует условию "промышленная применимость".
Литература
1. Химическая энциклопедия. Поверхностное натяжение. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия, 1992, т.3. с.589-590.
2. Физическая энциклопедия. Поверхностное натяжение. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия, 1992, т.3. с.648-649.
3. Thiessen D.В., Kin F. Man. "Surface Tension Measurement." CRC Press LLC. 2000, 13p.
4. Агранат Б.А., Дубровин M.H., Хавский, Эскин Г.И. Основы физики и техники ультразвука. М.: «Высшая школа», 1987, 352 с.
5. Мордасов М.М., Гализдра В.И., Корнеева Е.И. Способ измерения поверхностного натяжения. Патент RU 2205380, 2003.
Способ измерения поверхностного натяжения, включающий формирование вспучивания на межфазной поверхности жидкость-газ или жидкость-жидкость, отличающийся тем, что вспучивание обеспечивается воздействием ультразвукового радиационного давления, а по его высоте судят о величине межфазного натяжения.
