Устройство для измерения дзета-потенциала

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа электрофоретической подвижности дисперсных частиц и определения дзета-потенциала коллоидных систем. Устройство для измерения дзета-потенциала содержит осветительный лазер, блок анализатора размеров дисперсных частиц, измерительную ячейку, при этом измерительная ячейка выполнена выносной с возможностью погружения в исследуемую жидкость, при этом измерительная ячейка включает первый и второй электроды, размещённые в корпусе ячейки, выполненные с возможностью обеспечения доступа исследуемой жидкости в пространство между электродами, оптическую систему, состоящую из двух одномодовых оптических волокон, короткофокусной коллимирующей линзы, фокусирующей свет лазера от первого оптического волокна в область между электродами и установленного под углом зеркала, направляющего собранный рассеянный частицами свет через призму и собирающую линзу во второе оптическое волокно, которое обеспечивает передачу этого света в блок анализатора. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора дзета-потенциала. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа электрофоретической подвижности дисперсных частиц и определения дзета-потенциала коллоидных систем, который характеризует их устойчивость.

Знание дзета-потенциала дисперсных систем важно для понимания их физико-химических свойств как при проведении научных исследований, так и при промышленном производстве различных дисперсных систем для оптимизации их технологии, потребительских свойств и обеспечения долговременной стабильности характеристик.

Известно техническое решение по патенту US 8573404 (B2) (опубликован 05.11.2013), в котором измерение дзета-потенциала производится в специальном канале, имеющем входное и выходное отверстие, в котором находится изучаемая суспензия.

Недостатком технического решения является то, что измерения дзета-потенциала можно проводить только в специальном канале, заполненном исследуемой жидкостью, и этот канал обязательно должен быть установлен внутрь устройства. А также то, что отсутствует возможность дистанционного измерения дзета-потенциала с использованием выносного сенсора, который можно погружать в нужный объем жидкости, например, в цистерну, бак, химический или биохимический реактор и другие технологические емкости для непрерывного оперативного контроля дзета-потенциала продуктов производства.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора дзета-потенциала, за счет обеспечения возможности измерения дзета-потенциала в объеме жидкости, находящейся вне прибора.

Технический результат достигается в устройстве, содержащем осветительный лазер, блок анализатора размеров дисперсных частиц, измерительную ячейку, выполненную выносной с возможностью погружения в исследуемую жидкость, при этом в ячейке обеспечены электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости в ограниченном объеме, освещение этого объема лазерным светом, и вывод рассеянного в этом объеме света на анализатор размера дисперсных частиц, причем подвод освещающего света к измерительной ячейке и вывод рассеянного света из измерительной ячейки осуществляется с помощью оптической системы исключающей рассеяние света вне указанного объема.

Предпочтительно выполнение оптической системы в виде двух оптических волокон.

Предпочтительно выполнение оптических волокон одномодовыми, обеспечивающими сохранение поляризации света при прохождении света от осветительного лазера.

Предпочтительно выполнение измерительной ячейки с первым электродом и вторым электродом, при этом электроды размещены в корпусе ячейки, выполненном с возможностью обеспечения доступа исследуемой жидкости в пространство между электродами, а на электроды подано напряжение, обеспечивающее электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости в пространстве между электродами, заполненном исследуемой жидкостью.

Предпочтительно обеспечение подачи на электроды знакопеременного напряжения.

Предпочтительно выполнение электродов плоскопараллельными.

Предпочтительно обеспечение подачи на электроды знакопеременного напряжения с помощью проводов от блока анализатора размеров дисперсных частиц.

Предпочтительно выполнение измерительной ячейки с короткофокусной коллимирующей линзой, обеспечивающей фокусировку света в область между электродами, в которой осуществлено электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости.

Предпочтительно выполнение измерительной ячейки с зеркалом, установленным под углом, выполненным с возможностью сбора рассеянного света, и направления его через призму и собирающую линзу в оптическое волокно, обеспечивающее передачу этого света в блок анализатора размеров дисперсных частиц.

В одном из вариантов исполнения блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с термостабилизированным диодным лазером, с фотоприемником, выполненным с возможностью работы в режиме счета фотонов, а также с блоком контроля и блоком расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала.

В одном из вариантов исполнения блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с пьезоэлектрическим модулятором опорного пучка осветительного лазера, причем опорный пучок получается с помощью отражения от оптической плоскопараллельной пластинки и направлен на входное окно фотоприемника.

Изобретение иллюстрируется на фигурах.

На фиг.1 изображена схема выносной измерительной ячейки. Где 1 - падающий свет, 2 - сохраняющий поляризацию оптическое волокно падающего света, 3 - фокусирующая линза падающего света, 4 - рассеянный свет, 5 - зеркало рассеянного света для формирования требуемой схемы рассеяния света, 6 - призма рассеянного света, 7 - фокусирующая линза рассеянного света, 8 - оптическое волокно рассеянного света, 9 и 10 - два плоскопараллельных электрода для создания электрического поля в исследуемом объеме, 11 и 12 - два электрических вывода электродов, 13 - корпус сенсора с доступом исследуемой жидкости в пространство между электродами.

На фиг.2 показана оптико-электронная блок-схема подключения измерительной ячейки для измерения дзета-потенциала в коллоидных жидкостях. 14 - осветительный лазер, 15 - пьезоэлектрический модулятор, 16 - фотоприемник, 17 - блок контроля, 18 - блок расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала, 19 - измерительная ячейка, 20 - блок анализатора размеров дисперсных частиц, 21 - опорный луч, 22 - оптическая плоскопараллельная пластина, 23 - выходной луч осветительного лазера.

Изобретение может быть реализовано в устройстве, в котором к погружной измерительной ячейке 19 подведен свет 1 от осветительного лазера 14 с помощью сохраняющего поляризацию одмодового оптического волокна 2, который коллимирован с помощью короткофокусной линзы 3 в исследуемую область между двумя плоскопараллельными электродами 9 и 10. На электроды 9 и 10 по двум проводам 11 и 12 подано знакопеременное напряжение. Свет 4, рассеянный на движущихся в исследуемой области частицах, под заданным с помощью зеркала 5 углом через призму 6 с помощью линзы 7 подан в оптическое волокно рассеянного света 8. Оптические волокна 2 и 8 подключены к блоку анализатора размеров дисперсных частиц 20 с помощью двух одномодовых оптических коннекторов, соответственно, 2 к термостабилизированному диодному лазеру 14, а 8 к фотоприемнику 16, работающему в режиме счета фотонов. Рассеянный свет 4 по оптическому волокну 8 подан на входное окно фотоприемника 16. Кроме того на это входное окно фотоприемника 16 подан опорный луч 21. Опорный луч 21 получен отражением небольшой части света от осветительного лазера 14 с помощью оптической плоскопараллельной пластины 22. Опорный луч 21 лазера 14 модулирован по частоте с помощью пьезоэлектрического модулятора 15. Модулирующая частота подается на модулятор 15 от блока контроля. Выход фотоприемника 16 подключен к блоку расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала 18.

Устройство работает следующим образом. К погружной измерительной ячейке 19 подводят свет 1 от осветительного лазера 14 с помощью сохраняющего поляризацию одмодового оптического волокна 2, который коллимируют с помощью короткофокусной линзы 3 в исследуемую область между двумя плоскопараллельными электродами 9 и 10. На электроды 9 и 10 по двум проводам 11 и 12 подают знакопеременное напряжение. В электрическом поле между электродами 9 и 10 заряженные дисперсные частицы двигаются со скоростью, пропорциональной их заряду. Свет 4, рассеянный на этих движущихся частицах, под заданным с помощью зеркала 5 углом через призму 6 с помощью линзы 7 направляют в оптическое волокно рассеянного света 8. Оптические волокна 2 и 8 требуемой длины подключают к блоку анализатора размеров дисперсных частиц 20 с помощью двух одномодовых оптических коннекторов, соответственно, 2 к термостабилизированному диодному лазеру 14, а 8 к фотоприемнику 16, работающему в режиме счета фотонов. Частота света при рассеивании сдвигается относительно частоты падающего света на допплеровскую частоту, пропорциональную скорости движения частиц в электрическом поле. Рассеянный свет 4 по оптическому волокну 8 направляется на входное окно фотоприемника 16. Кроме того, на это входное окно фотоприемника 16 подают опорный луч 21. Опорный луч 21 получают отражением небольшой части света от осветительного лазера 14 с помощью оптической плоскопараллельной пластины 22. С целью уменьшения низкочастотных шумов и определения знака измеряемой допплеровской скорости (и соответственно, знака заряда частиц) опорный луч 21 лазера 14 модулируют по частоте с помощью пьезоэлектрического модулятора 15. Модулирующую частоту подают на модулятор 15 от блока контроля. Сигнал с выхода фотоприемника 16 подают в блок расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала 18, где осуществляется селективное измерение сигнала с фазовым детектированием на частоте модуляции, за счет чего избавляются от низкочастотных шумов и определяют направление (знак) измеряемой допплеровской скорости.

Программа управления прибором позволяет задавать различные по форме и амплитуде сигналы, подаваемые на электроды сенсора, что позволяет оптимизировать режимы измерения дзета-потенциала в зависимости от свойств анализируемой коллоидной системы и поставленных задач исследования.

За счет использования выносной погружной измерительной ячейки обеспечивается возможность измерения дзета-потенциала в объеме жидкости, находящейся вне прибора, при этом расширяются функциональные возможности анализатора дзета-потенциала и, таким образом, реализуется технический результат изобретения.

1. Устройство для измерения дзета-потенциала, содержащее осветительный лазер, блок анализатора размеров дисперсных частиц, измерительную ячейку, отличающееся тем, что измерительная ячейка выполнена выносной с возможностью погружения в исследуемую жидкость, при этом измерительная ячейка включает первый и второй электроды, размещённые в корпусе ячейки, выполненные с возможностью обеспечения доступа исследуемой жидкости в пространство между электродами, оптическую систему, состоящую из двух одномодовых оптических волокон, короткофокусной коллимирующей линзы, фокусирующей свет лазера от первого оптического волокна в область между электродами и установленного под углом зеркала, направляющего собранный рассеянный частицами свет через призму и собирающую линзу во второе оптическое волокно, которое обеспечивает передачу этого света в блок анализатора.

2. Устройство для измерения дзета-потенциала по п.1, отличающееся тем, что на электроды подано напряжение, обеспечивающее электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости в пространстве между электродами, заполненном исследуемой жидкостью.

3. Устройство для измерения дзета-потенциала по п.2, отличающееся тем, что на электроды подано знакопеременное напряжение.

4. Устройство для измерения дзета-потенциала по п.2, отличающееся тем, что электроды выполнены плоскопараллельными.

5. Устройство для измерения дзета-потенциала по пп.2-4, отличающееся тем, что напряжение на электроды подано с помощью проводов от блока анализатора размеров дисперсных частиц.

6. Устройство для измерения дзета-потенциала по пп.1-5, отличающееся тем, что блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с термостабилизированным диодным лазером, с фотоприемником, выполненным с возможностью работы в режиме счета фотонов, а также с блоком контроля и блоком расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала.

7. Устройство для измерения дзета-потенциала по пп.1-7, отличающееся тем, что блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с пьезоэлектрическим модулятором опорного пучка осветительного лазера, причем опорный пучок получается с помощью отражения от оптической плоскопараллельной пластинки и направлен на входное окно фотоприемника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности. Количественный анализ композиции из девяти индикаторов для геофизических исследований, состоящей из флуоресцеина натрия, родамина С, тиомочевины, карбамида, роданида аммония, нитрата натрия, изопропанола, пропанола и трет-бутанола в пластовой воде при их совместном присутствии включает отделение исследуемой пробы пластовой воды от нефти, осветление фильтрацией через гидрофильный мембранный фильтр, разделение индикаторов, пропусканием пробы через гидрофобизированный силикагель с привитыми октальными группами С8, разделение элюата на порции, добавление соответствующих реагентов для анализа ионных индикаторов и измерение при характерных для каждого индикатора длинах волн, количественное определение флуоресцеина натрия и родамина С люминесцентным методом проводят путем их десорбции с сорбента смесью метанола с водой в объемном соотношении 80:20, при этом нефтепродукты не сорбируются, добавляют боратный буфер с рН=9,18 и проводят измерения, алифатические спирты определяют газохроматографическим методом путем анализа паровой фазы с добавлением высаливателя, при этом для определения нитратов используют реакцию восстановления их до нитритов сухой смесью с последующим определением нитритов по реакции с реактивом Грисса.

Изобретение относится к способу оценки концентрации компонентов серы в бензине. Предложен способ оценки концентрации компонентов серы в бензине, который содержит компоненты серы и ароматические компоненты, при этом способ содержит: (A1) удаление части бензина путем превращения в газ для снижения соотношения концентрации ароматических компонентов относительно концентрации компонентов серы в бензине, причем бензин превращают в газ в концентрации 8,0 об.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу детектирования антител. Способ детекции антител в биоматериале с использованием стеклянных микроструктурных волноводов включает получение оптического иммуносенсора путем введения реакционной смеси анализируемого образца с антигеном в полую сердцевину стеклянного микроструктурного волновода с последующим определением антител по положению локальных максимумов спектра пропускания образца, в режиме реального времени, до и после заполнения смесью антигена и анализируемого раствора, содержащего искомые антитела к данному антигену.

Изобретение относится к лазерной системе с оптической обратной связью. Заявленная лазерная система с оптической обратной связью содержит чувствительный к оптической обратной связи лазер (110), который излучает, через выходное оптическое волокно (111), непрерывную регулируемую по частоте распространяющуюся исходную оптическую волну (L0p), называемую исходной волной; оптический резонатор (120), связанный с помощью оптической обратной связи с лазером и выполненный с возможностью генерирования внутрирезонаторной волны (L5), одна часть которой возвращается на лазер в форме распространяющейся в обратном направлении оптической волны (L0c); электрооптический волоконный модулятор (115), размещаемый на оптическом пути между лазером и оптическим резонатором, причем упомянутый электро-оптический модулятор выполнен с возможностью генерирования сдвинутой по фазе исходной волны (L1p) путем фазового сдвига исходной волны и, путем фазового сдвига распространяющейся в обратном направлении оптической волны, генерирования сдвинутой по фазе, распространяющейся в обратном направлении волны (L0c), называемой волной обратной связи, которая достигает лазера; фазорегулирующее устройство (130) для генерирования управляющего сигнала (SC) для электрооптического модулятора по сигналу (SE) рассогласования, характеризующему относительную фазу между исходной волной (L0p) и волной (L0c) обратной связи, чтобы компенсировать относительную фазу между исходной волной и волной обратной связи.

Изобретение, раскрытое в данном документе, относится к способу измерения концентрации газа в контейнере, имеющем стенку с, по меньшей мере, одной деформируемой частью. Предложен способ 100 измерения концентрации газа в контейнере 20, имеющем стенку с, по меньшей мере, одной деформируемой частью, при этом газ поглощает электромагнитное излучение, по меньшей мере, в определенном спектральном диапазоне.

Изобретение относится к области лазерной измерительной техники и касается лазерного измерительного устройства. Устройство содержит лазерный генератор, измеритель лазерного излучения, измерительную кювету с первым блоком перемещения, эталонную кювету со вторым блоком перемещения, первый и второй фотоприемные блоки, первый и второй управляемые спектральные фильтры, управляемый оптический ослабитель, лазерный усилитель с блоком накачки, выдвижное полупрозрачное зеркало с третьим блоком перемещения, отражательное зеркало, три полупрозрачных зеркала и первый и второй уголковые отражатели.

Изобретение относится к способу и устройству для оптического анализа фруктов или овощей. Различные источники (7a, 7b) света выполнены с возможностью подачи светового излучения в различных спектральных диапазонах селективно на каждый объект в соответствии с заданной последовательностью освещения, а изображения формируются посредством по меньшей мере одной цветной камеры (4), чувствительной к инфракрасному излучению.

Устройство содержит множество пикселей формирования изображения, набор элементов, размещенных над множеством пикселей. Первый и второй элементы набора элементов размещены над первым пикселем множества пикселей и смещены относительно друг друга.
Изобретение относится к медицине и касается способа прогноза малигнизации и ранней диагностики злокачественных опухолей, характеризующегося тем, что осуществляют забор образца ротоглоточных смывов (РГС) у пациента; центрифугируют исследуемый образец 15-20 мин со скоростью 2000-3000 об/мин; получают надосадочный слой центрифугированного образца РГС и измеряют гидродинамический радиус глобул и их процентный вклад в светорассеивание в исследуемом образце с помощью монохроматического анализатора наночастиц (МАН); при обнаружении в РГС наночастиц с гидродинамическими радиусами от 1 до 25 нм при вкладе в светорассеивание от 35 до 55% прогнозируют процесс малигнизации, при обнаружении в РГС наночастиц с гидродинамическими радиусами 1-25 нм при их относительном вкладе в светорассеивание более 55% диагностируют злокачественные новообразования; по изменению процентного вклада в светорассеяние в течение 6-12 месяцев судят о положительной или отрицательной динамике состояния пациента.

Система освещения и визуализации образца содержит линзу объектива, первый источник света для подачи первого света освещения через линзу объектива в проточную ячейку с помощью первой решетки на проточной ячейке, первый датчик изображения для захвата света визуализации с помощью линзы объектива, причем первая решетка расположена вне поля зрения первого датчика изображения; и второй датчик изображения, выполненный с возможностью захвата изображения по меньшей мере первой решетки и планарного волновода в проточной ячейке, причем система выполнена с возможностью оценки изображения путем оценки выравнивания света освещения относительно проточной ячейки.

Изобретение относится к области разработки способов и устройств для лабораторных исследований физических процессов, в частности для исследования закономерностей движения твердых частиц в жидкости. Способ включает введение частиц в кювету с вязкой жидкостью, выполненную в виде правильной призмы с прозрачными стенками, и измерение скорости их гравитационного осаждения в жидкости.
Наверх