Диффузиофоретическая ячейка

Авторы патента:

ОВЧАРЕНКО ФЕДОР ДАНИЛОВИЧ

ЧУРАЕВ НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ЛУНЬКО АЛЕКСАНДР АНДРЕЕВИЧ

ЭСТРЕЛА-ЛЬОПИС ВИКТОРИО РАФАЭЛЕВИЧ

НИЖНИК ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

G01N15/08 - определение проницаемости, пористости или поверхностной площади пористых материалов

G01N13/04 - исследование осмотических свойств

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

-SU„„1213384 А (5!) 4 G 01 и 13/04 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

СЕИВ ЕА Е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (:::::,."," :."- -, gJ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ И Б.!1Р0-,, „„

1 (21) 3783832/24-25 (22) 25.08.84 (46) 23.02.86. Бюл. У 7 (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского (72) Ф.Д.Овчаренко, Н.В.Чураев, А.А.Лунько, В.Р.Эстрела-Льспис и Ю.В.Нижник (53) 532.7! (088.8) (56) Дерягин Б.В. и др. Микроскопический метод исследования диффузиофореза.-Коллоидный журнал, 1980, т. X LI I с, 464-468.

Авторское свидетельство СССР

II 949420, кл. C 01 1! 13/04, 1979. (54) ДИФФУЗИОФОРЕТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА (57) Изобретение позволяет измерять диффузиофоретическую подвижность в стационарном линейном градиенте концентраций за счет введения в камеру с пористой перегородкой дополнительной пористой перегородки, расположенной параллельно основной перегородке, и снабжения боковых отсеков камеры патрубками для подвода и отвода электролита, причем расстояние между перегородками 0,05-0,5 мм.

1 з.п.ф., 2 ил, Изобретение относится к коллоидной химии B частностH) к и=-;мерениям диффузиофоретической подви>кностн объектов коллоидной дисперсности в поле сил, порождаемых град(»витом концентрации электролита, и может быть использовано в процессах полу пения покрытий. производства резинотехни-. ческих иэделий, при разделении 1 ете-pÎñусНензий ня ф))акгHH) в Грен рятив ной биологи», медицине и других 00-ластях.

Белью изобретения явл Ie j .я измере-ние диффузиофоретической т(одвижностн объектов коллоидной ти герсности в стационарном линейном градк.ент= конI j2HòðàIIHH злеK TðG>TH Tà, На фиг. 1 приведено схемят.веское .изображение диффузиофоретическои ячейки; на фиг.2 вЂ” распределение концен | pRUHH элек 1 pol(HTB в 0 j ciaÿõ я.-:ейки, >1 »В>, предв арительно 0 T!(a>) Hбров аннсй по объ=к т-микрометру. Сек; ндомером изме=рр. 453 прохождения части>»ей пер гсй кя>,(д Й 1» еле»>в) 1 "и,: .. клетки оку лярнои сетки. Тяl(1»p Hзмерения производя 1 и с други..>1» час Г»»1»я(.н»,цо 1 ех пор, пака все част»;ць>, и -ре.:»осиные

Диффузиофоре -:Oè, не покинут бозревае.>ый объем и не ског(ИTcp ня пт)оти-Ди(ЪАузиофор1е". ичес>сяя ст(орость и диф((>у:- HO)>002òическая ГIОдвиж

II0C Г), .;, ОП.)ЕВ.- ) Я,(>ТТCЯ Н(>,)>ОРМУЛ,М

-:>От>» ЕТС т ВЕН> (О а1

J (< 1 сд =, !> с (.вЂ”.," )1 : ? )">

1- ДP) -с, вЂ” > (ИЗЛЕКТ(>ит>ЕСКЯ Я 1-)0-тоДиффузиОфорети)»еская я -сйка состоит из прозрачного термостатируюп»го корпуса 1, содержащего камеру 2, разделенную двумя вЂ” îðèñòûìè перегородками За и 3 Ь на три о "сека вЂ” измерительный (> и вспомогательные )а и зд . Вспомогательные отсеки оборудованы натрубками для подвода бс(и "

60 и отвода ?а и ?Б электролита, Термостатиру>оший корпус: снаб>кен

ПЯтрубками 8 0 и Я 0 Для цирк уля 1п, и термостатирую>цей жидкости. ячеика раоотает следу>от>(и(1 0(р;: -":

Измерительный отс.ек : заполняют ис следул 40(4 суснан 1тлй на»тр„т>)»ер суспензией частиц латекса в ди.-(;т> лированной воде к(>>-,це>»трян>1»ей

0 ..1 мас. ., Вспомогатель:->1е 0»се "ê .>=; и 5,) через патрубки ()о и 6;" нр:,=, помощи трубок соединяютcÿ с со(удавЂ” ми, содержап:,ими злектролит зада»:вЂ” ных концентраций, 1»(н(р:.И>åp 0Я0j., концентрацией 0,01 1>ас,7., и дис> -...:>)Ли-рованную воду со тветственн".. 00судь.

С ЭЛЕКТРОЛИТО1)4 И ТР )ТОКИ C()"",)jjlj»ßIL)щие их с ячейкой> тepj!Oc;ят ро;a;,(»i

К патрубкам ?а и ?о присоединяют трубки для слива прошедшсго серез вспомогательные отсеки злектроли.""-.

Корпус ячейки укрепля>От на пред) метном столике микроскопа. Иа»»1»пуляциями препаратов одителя и фокусиров.вЂ”.; кой микроскопа добиваются совпадения изображения границь1 измерительног0 отсека, т.е. одной из гористых перегородок с началом окулярной сетки, я т-. >» а ) вЂ” ljGт -нциал Hà (оверхности (коты сния j C --потенI

1 пи> л

КО з(т фи Iтиен 1 ы диффузии

1; „ 13

) е,ньнО зяряже1»з»ых HOIIQB соответс гневно:, -L

)л с:,ял0 "òHoLcт;т з»=,. Ионов;

B >»=. >(i) C TЬ:) ИС TC!PC>(Of» средь;.;.

1;0 " . Оя:.:.:. я -. Ол>ь»»1 яна х о:-.>>с.*н" i) Iния "иЖм нд»» " р у юг| е (> -; „), (- -; ->- в i >,; j)"i т ";, .

) > 1)ядиеет;0)»н НT рации.

Ш"-. ЮОРМУНЫ СЛЕД ЕТ Что ПТ)И ПОС3 Е)»1>ЕР, L +PI)li j .>i ОЗ11ЬТМИ I» III »Èl)>H

I1ä .HMeт)я>)11» онределя>с1(тими вэличи,у скорое(и диффузиофоре=-а .(:"в Г, ".: ) C if З ;->аттнт-;ИЯ Кон™Е»- 1 )) Е Н)ИИ (И

:рад ента 1;о>>центарции 7(в точке,.

:j" т(, НРО )ЗВОт) т> И .>ЕРЕ>»HP „

11инейн:ст)) и ".:.1 (1101»арность про !

H>(a конце;>тра >» 1(1> :Г, 2/ в предпОжа--;1» 0!й HL:ЕЙКЕ >10ЗВОЛЯЕТ ЛЕГКО ВЯССЧтт". -»", ь значения кон>тент(>Я1>ии 0 и гра> иенте ко "1.,;Р» 1 з)тти» 7 т . 1>сбои точ ке измерительного отсека но фо>)муле:

Й С ТТ>1 Т> вЂ” ТТТ;)Я с .() (I» ) t ) " 1 " . т; аx (-;м

1213384

40 (5) 2+A

c,„1с,„-1 ) х+ вЂ” 1

1 где A =----;

С,„ „ и С„„; вЂ” концентрации электролита в разных вспомогательных отсеках;

С„ и С вЂ” концентРации электРолита внутри измерительного отсека у поверхностей пористых перегородок (фиг. 1);

Dg и 33 вЂ” коэффициенты диффузий электролита в объеме и внутри перегородки соответственно;

X вЂ” расстояние от пористой перегородки; вЂ” толщина перегородки; расстояние между перегородками (протяженI ность измерительного отсека), Как видно из формулы (4) значение концентрации электролита С(х) в любой точке измерительного отсека с координатой х определяется, помимо геометрических параметров камеры, входящих в константу ячейки А, значениями концентрации во вспомогательных отсеках С, а„и С,;,„, задаваемых экспериментатором.

Поскольку рассчетные величины С(х) и V C входят в формулы (1 и 2) тольвЂ” ко в виде их отношения, то для упрощения расчетов удобно заранее найти зависимость этого отношения от задаваемых величин С„ и C . Для случая линейного градиента имеем:

ЧС 1

Если задать С,;„ =О, то отношение 7С/С(х), а следовательно, и скорость движения частицы не зависят от концентрации электролита в точке измерения, а зависят лишь от координаты х по формуле, получаемой из предыдущей подстановкой С,„;„ =0 I

VC 1 (х-L, (вЂ”" ° 1) A

Зто же обстоятельство служит повьппению точности измерения диффузиофоретической подвижности, так как из конечного результата исклю5

25 чается погрешность, вносимая неточностью задания C C,;,„

В таблице представлены результаты расчетов по экспериментальным данным скорости диффузиофореза и диффузиофоретической подвижности коллоидных частиц латекса и глины.

Для наглядности в нее включены только данные, полученные при прохождении частицами третьей клетки окулярной сетки, что при шаге сетки

80 мкм составляет интервал расстояний от пористой перегородки 160-240 мкм. При расчетах значения концентрации электролита в указанном интервале принималось постоянным и равным таковому в средней его точке х=200 мкм. Расстояние между пористыми перегородками 500 мкм. Толщина пористых перегородок 32 мкм. В случае измерения диффузиофоретической подвижности частиц глины во вспомогательных отсеках циркулировали раствор 1Мп0 концентрацией С „=

=0,1 мас.Е и дистиллированная вода.

B обоих случаях частицы передвигались в направлении возрастания концентрации электролита.

Расчет среднеквадратичной погрешности измерений диффузиофоретической подвижности частиц глины в градиенте концентрации КИгб от расстояния между пористыми перегородками показал, что при уменьшении расстояния между пористыми перегородками разброс получаемых значений подвижности уменьшается, а их среднее значение несколько возрастает.

Такую тенденцию можно объяснить влиянием броуновского движения.

Зксперимент показал, что при расстояниях между пористыми перегородками более 0,5 мм скорость диффузиофореза становится соизмеримой со скоростью броуновского движения частицы, и эффект становится практически наблюдаемым. И наоборот, чем меньше это расстояние, тем с большей скоростью движутся частицы (что вполне согласуется с формулой 1) и вьппе точность измерений, поскольку меньше сказывается их броуновский дрейф.

Кроме того уменьшение объема измерительного отсека уменьшает вероятность

I возникновения тепловых конвективных потоков, которые совершенно недопустимы при данных исследованиях, так как они полностью разрушают уста"

1213384

Номер частицы

Время Т

Скорость d7 мкм диффузио- с фореза

Время 4 с

Скорость !с мкм диффузиофо- с реза новившийся градиент концентрации.

Следовательно, целесообразно стремиться уменьшить расстояние между перегородками. Однако, нижний предел этой величины определяется техническими возможностями изготовления стенок измерительного отсека с прозрачной оп гической поверхностью. Помимо этого, черезмерное уменьшение 10 протяженности измерительного отсека сокращает расстояние, на котором можно произвести реальное измерение скорости частицы, и уменьшает время, за которое все частицы покидают 15 обозреваемый объем, а также ухудшаются условия наблюдения за час.тицами.

Таким образом, установлено, что заявляемое расстояние между порис- 20 тыми перегородками, т.е. протяженность измерительного отсека, составляющая 0,05-0,50 мм, выбрана из условия достижения максимального эффекта с целью реального измерения диффузиофоретической подвижности коллоидных частиц.

Измеренная или расчитанная величина

Диффузиофоретическая мкм см подвижность!1 .-- с В

Диффузиофоретическая подвижность 1 мкм см с В

Предложенная ячейка позволяет вести исследования коллоидных структур, имеющих как фундаментальное, так и прикладное значение, и по своим возможностям не уступает электрофорезу.

Формула и з обретения

1. Диффузиофоретическая ячейка, состоящая из корпуса, в котором расположена камера, разделенная пористой перегородкой на два отсека, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью измерения диффузиофоретической подвижности объектов коллоидной дисперсности в стационарном линейном градиенте концентрации электролита, в камеру введена дополнительная пористая перегородка, расположенная параллельно основной перегородке, и боковые отсеки камеры снабжены патрубками для подвода и отвода электролита.

2. Ячейка по п.1, о т л и ч а ющ а я с .я тем, что расстояние между пористыми перегородками 0,05-0,50 мм.

2 3 4 5

Латекс

97 83 92 101 96

0,81 0,95 О,86 0,78 0,82

0,57 0,67 0,60 0,55 0,57

Глина

202 250 263 234

0,380 0,312 0,291 0,328

0,268 0,22 0,205 0,228

1213384

gg 70