Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе



 


Владельцы патента RU 2634096:

Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоСил" (ООО "ПлазмоСил") (RU)

Изобретение относится к физике коллоидов и может быть использовано для определения функции распределения коллоидных частиц по размерам. Заявлен способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающий помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1-103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку. Согласно изобретению измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой

где E - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа. Технический результат - повышение точности и надежности определения распределения по размерам коллоидных частиц.

 

Изобретение относится к физике коллоидов и может быть использовано для определения функции распределения коллоидных частиц по размерам.

Существующие методы измерения размеров наночастиц, в том числе и коллоидных [В.А.Волков Коллоидная химия (Поверхностные явления и дисперсные системы). Учебник. МГТУ им. А.Н. Косыгина. М., 2001, 640 с.], в большинстве случаев основаны на явлении динамического рассеяния света (ДРС) (фотонной корреляционной спектроскопии), а именно - на измерении флуктуации интенсивности лазерного излучения, рассеянного коллоидными частицами, совершающими броуновское движение под действием ударов молекул жидкости [B.J. Berne, R. Pecora. Dynamic light scattering with application to chemistry, biology and physics. Dover Publ. Inc. NY (2000); H.G.Merkus. Particle size measurements: fundamentals, practice, quality. Springer Science + Business Media B.V. NY (2009)].

Основным недостатком метода ДРС является то, что для полидисперсных систем вклад малых частиц маскируется вкладом больших частиц. Это связано с тем, что в релеевском пределе, справедливом для субмикронных частиц, вероятность рассеяния света пропорционально 6-й степени их эффективного радиуса [М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М., Наука, 1973]. Поэтому, например, если в растворе содержится 2%-ная фракция больших частиц, радиус которых всего в 2 раза превышает радиус частиц основной 98%-ной фракции, вклад обеих фракций в общую интенсивность рассеянного света будет сравним. Если же радиус малого числа больших частиц в 10 раз превышает радиус частиц основной фракции, то равенство интенсивностей рассеянного света наступает уже при концентрации больших частиц, составляющей 10-6 от концентрации частиц основной фракции.

Известны модификации оптических (включая волноводные) методов определения размеров коллоидных частиц [Патенты РФ №2321840, МПК G01N 15/02, опубл. 03.07.2006; РФ №2351912, МПК G01N 15/02, опубл. 20.11.2007; РФ №2460988, МПК G01N 15/02, G01N 21/51, опубл. 01.06.2011)]. Все они отличаются сложностью и высокой стоимостью приборной базы, необходимостью точной юстировки оптических схем, а в некоторых случаях и использованием эталонных объектов.

Известные способы соответствующих ультразвуковых измерений [РФ №2376581, МПК G01N 15/02, опубл. 09.12.2004] пригодны для определения размеров макрочастиц, но не могут быть применены для систем из субмикронных и наночастиц.

Наиболее близким является способ по заявке РФ №2013115018 (МПК G01N 15/02, опубл. 10.10.2014) авторов настоящего изобретения, согласно которому гидродинамический радиус коллоидных частиц вычисляют из зависимости от коэффициентов вращательной диффузии диспергированных частиц, измерение которого проводят в ячейке, представляющей собой плоский конденсатор, после поляризации раствора.

Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности и точности при нахождении функции распределения коллоидных частиц по размерам без усложнения методики измерения.

Технический результат заключается в разработке простого и недорогого способа измерения распределения размеров частиц, позволяющего с высокой надежностью определять распределение по размерам коллоидных частиц.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающем помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1 - 103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку, согласно изобретению измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой

где E - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа.

Известно, что коллоидные частицы в воде приобретают постоянный дипольный момент вследствие «прилипания» молекул воды к поверхности коллоидной частицы [Н.А. Толстой, А.А. Спартаков. Электрооптика и магнитооптика дисперсных систем. Изд-во СПбГУ, 1996]. Коллоидный раствор, помещенный в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, между обкладками которого приложено внешнее напряжение, поляризуется под действием внешнего электрического поля: дипольные моменты коллоидных частиц ориентируются преимущественно вдоль поля. После выключения поля начинается процесс диэлектрической релаксации, вызванный тепловой разориентацией дипольных моментов частиц, что приводит к временному изменению диэлектрического отклика системы (коллоидного раствора), измеряемого с помощью RLC-метра или измерителя импеданса.

Измеряется частотная зависимость импеданса Z и угла ϕ сдвига фаз, по которым рассчитываются в автоматическом режиме действительная ε' и мнимая ε'' части диэлектрической проницаемости. Из этих зависимостей с помощью специальной компьютерной программы находится распределение частиц по размерам.

Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающий помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1-103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку, отличающийся тем, что измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой

где Е - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицине. Предлагаются устройства и способ, содержащие контактную линзу, которая облегчает сбор и/или обработку информации, связанной с измеренными признаками.

Изобретение относится к технике моделирования экономических процессов предприятий и может быть использовано для расчета заработанной платы рабочих на машиностроительном предприятии.

Изобретение относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение точности моделирования процессов функционирования судоходных шлюзов, расширение функциональных возможностей и области применения устройства за счет имитации процессов проведения технического обслуживания различных систем судоходного шлюза с учетом контроля качества его выполнения для различных стратегий шлюзования.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – непрерывный контроль и регистрация уровня потерь электроэнергии в сети, повышение точности определения потерь.

Группа изобретений относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначена для вычисления и индикации относительной интенсивности износа изоляции обмоток трансформаторов.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации усредненной на 1-минутном интервале мощности потерь электроэнергии, а также может быть использовано в качестве многоканального счетчика-регистратора потерь электроэнергии в нескольких присоединениях распределительного устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании процессов функционирования судоходных шлюзов для различных стратегий движения судов через судоходный шлюз с учетом специфики подготовки отдельных систем шлюза и динамики его применения.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах космического мониторинга объектов сельскохозяйственного назначения для идентификации их состояния, целенаправленной обработки спутниковых снимков, полученных из различных источников с использованием дополнительных (наземных) данных и формирования проблемно-ориентированных цифровых план-схем участков земной поверхности.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для вычисления и индикации усредненных значений потерь мощности, напряжения сети и тока нагрузки, а также может найти применение в качестве регистратора этих величин за длительный период.

Изобретение относится к области автоматизации процессов на предприятии. Технический результат заключается в сокращении времени обработки данных по определению экономического эффекта внедрения.

Использование: для дистанционного контроля относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан на разных акваториях Мирового океана. Сущность изобретения заключается в том, что контролируемый участок морской поверхности облучают СВЧ-радиоволнами на наклонной поляризации, регистрируют рассеянный назад сигнал одновременно на вертикальной и горизонтальной поляризациях, затем вычисляют поляризационное отношение, по которому рассчитывают относительную диэлектрическую проницаемость среды под границей атмосфера-океан.

Использование: для определения свойств многокомпонентных сложнолегированных жаропрочных расплавов, основанного на изучении крутильных колебаний цилиндрического тигля с расплавом.

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для измерения электропроводности жидких сред. Устройство для измерения электропроводности жидкости содержит генератор синусоидальных сигналов, управляемый делитель частоты, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, замкнутый виток из электропроводящей исследуемой жидкости, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), виток, охватывающий трансформатор возбуждения, виток, охватывающий измерительный трансформатор, ключ, образцовую проводимость известной величины, схему управления, вычислительное устройство.

Изобретение относится к инструментальным физико-химическим методам исследования спиртосодержащих жидкостей, преимущественно спиртных напитков и предназначено для установления различия между подлинной, фальсифицированной и контрафактной алкогольной продукцией.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к приборам и устройствам для исследования электрофизических свойств жидкометаллических растворов.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для анализа вод различного происхождения: питьевые воды, геотермальные источники, смывы хвостов обогащения, а также технологические сливы.

Изобретение предназначено для определения чистоты нейтральных газов, используемых при производстве изделий электронной техники. Способ измерения концентрации примесей в нейтральных газах заключается в том, что анализируемый нейтральный газ подают в камеру, где находится чувствительный элемент, измеряют его электрическое сопротивление, по изменению величины которого судят о концентрации примеси, при этом в качестве чувствительного элемента используют деионизованную воду.

Использование: для определения электрической проводимости жидкостей. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит кондуктометрический датчик контактного типа, электрод 1 датчика состоит из нескольких сегментов 2, 3 и 4, а электрод 5 выполнен сплошным и является общим для сегментов 2, 3 и 4.

Изобретение относится к электроаналитической химии, направлено на определение глутатиона и может быть использовано в анализе модельных водных растворов методом циклической вольтамперометрии по высоте анодного максимума на анодной кривой.

Изобретение относится к области кондуктометрии и может быть использовано при физико-химических исследованиях растворов. Способ измерения электропроводности раствора электролита, размещенного в жидкостном контуре первого и второго первичных преобразователей с обмотками возбуждения, включенными в цепь генератора частоты, состоит в регистрации выходного сигнала напряжения каналов измерения в зависимости от концентрации раствора при условии, что измерение проводят в стабилизированном температурном поле, при этом согласно изобретению уровень чувствительности первого и второго первичных преобразователей определяется значением напряжения на выходном трансформаторе канала измерения в зависимости от концентрации раствора, размещенного в жидкостном контуре, его температуры, и находится в функциональной зависимости от напряжения и частоты источника питания обмотки возбуждения питающего трансформатора, причем измерение электропроводности раствора проводят с включением генератора на рабочую частоту, определяемую при экспериментальном исследовании растворов как оптимальную для исследуемого диапазона концентрации раствора; а регистрируют значение выходного сигнала напряжения каналов измерения, по значению которого и определяют электропроводность раствора.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам измерения параметров дисперсных сред. Заявленное устройство содержит лазерный источник зондирующего излучения, фотоэлектрический приемник излучения и оптический сканер в виде вращающегося уголкового отражателя и двухлинзовой оптической системы.
Наверх