Способ определения электрофоторетической подвижности дисперсных частиц с плотностью не равной плотности жидкости
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДНЕЙЬСТВУ
<и> 437005
Союз Советских
Социалистинеских
Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 27.06.72 (21) 1806115/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет
Опубликовано 25.07.74. Бюллетень № 27
Дата опубликования описания 24.12.74 (51) М. Кл. G 01п 27/26
В Olk 5/00
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 543,544(088.8) (72) Авторы изобретения
С. С. Духин, И. T. Горбачук, В. П. Дущенко и Л. В. Буклер
Институт коллоидной химии и химии воды (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОЙ
ПОДВИЖНОСТИ ДИСПЕРСНЪ|Х ЧАСТИЦ С ПЛОТНОСТЬЮ
НЕ РАВНОЙ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ
Изобретение относится к микроэлектрофоретическому способу определения подвижности дисперсных частиц и может быть широко использовано в коллоидной химии, медицине, биологии для изучения электрических свойств дисперсных частиц большого удельного веса.
Основная трудность измерения электрофоретической подвижности тяжелых частиц по сравнению с легкими связана с их быстрой седиментацией. До настоящего времени отсутствовал удовлетворительный способ определения электрофоретической подвижности быстро седиментирующих частиц.
Известный микроскопический способ определения электрофоретической подвижности коллоидных частиц основан на измерении их скорости в рабочей камере электрофоретического прибора при помощи микроскопа. Если рабочую камеру прибора заполнить исследуемой суспензией, герметически закрыть и к введенным внутрь камеры электродам подать напряжение, то в движение придут жидкость относительно стенок камеры (электроосмос) и частицы относительно жидкости (электрофорез). Поскольку камера герметически закрыта, то интегральный поток жидкости через любое ее сечение равен нулю, т. е, электроосмотический поток жидкости, возникающий у стенок, компенсируется встречным осевым потоком, возникающим за счет перепада давления. В результате формируется параболический профиль скоростей жидкости.
Наблюдаемая в микроскоп скорость движения частиц является, таким образом, результатом электроосмоса и электрофореза. Ее величина зависит от уровня рабочей камеры, на котором производится измерение. Экспериментальное определение локальной электро1р осмотической скорости жидкости связано с большими трудностями, поэтому на практике измерение истинной электрофоретической скорости частиц производится на стационарном уровне, в плоскости которого электроос15 мотический и встречный потоки жидкости взаимно компенсируются.
При этом требуется, чтобы за время измерения горизонтального электрофоретического смещения порядка 10 сек, необходимого для
20 расчета скорости электрофореза, смещение частицы по вертикали под действием силы тяжести не превышало 1 — 3% от высоты камеры. Высота измерительной камеры электрофоретнческого прибора должна быть не более
25 3 — 5 мм, так как в противном случае возникают неконтролируемые конвективные дви кения жидкости, трудно устранимые даже при термостатированин. Следовательно, для горизонтально ориентированных электрофоре30 тическнх приборов вертикальное смещение
437005 п() dz LVeo (z) + 1 е/1 dz
1 а
Vef + 1 ео () dz sed О
1 l
Ve Vsed HAH Ке — sed
35
Предмет изобретения = ) 1 аи(z) d ментации частиц, получим
Составитель Л. Жаркова
Техред 3. Тараненко
Корректор Т. Гревцова
Редактор Т. Фадеева
Заказ 3445/12 Изд. № 120 Тираж 651 Подписно.
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5
Типография, пр. Сапунова, 2 частиц при высоте .камеры 3 — 5 мм не должно превышать в среднем 50 мкм, а скорость их седиментации при времени наблюдения более 10 сек должна быть менее 5 мкм/сек.
Эти требования становятся еще более жесткими при уменьшении высоты измерительной камеры.
Используя формулу для скорости седиментации, вытекающую из формулы Стокса
2 Ьр фз
sed
t где а — радиус частицы;
Лр — разность плотностей частицы и среды;
g — ускорение силы тяжести; т1 — динамическая вязкость жидкости заключаем, что метод стационарного уровня применим при Лр порядка 1 кг/смз,к частицам радиуса менее 1,5 мкм, при Лр порядка 10 г/см — для частиц с радиусом менее
0,5 мкм.
Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения. Для этого скорость электрофореза определяют по величине полного горизонтального смещения частицы в электрическом поле при падении от верхней стенки камеры до нижней или всплывании от нижней к верхней стенке, если частицы легче жидкости.
Наблюдаемая в микроскоп горизонтальная скорость смещения частицы V„, находящейся на расстоянии z от верхней стенки камеры, равна
V„(z) = V„(z) + V, где V„(z) — электроосмотическая скорость жидкости, изменяющаяся с глубиной камеры не только по величине, но и по направлению;
V,у — электрофоретическая скорость частиц, независимая от z.
Измеряемое в эксперименте полное горизонтальное смещение частицы за время падения выразится интегралом или, произведя замеру переменных и учитыЫ2 вая, что = V„d, где V, d — скорость седиdt
Общий электр оосмотический поток через любое сечение камеры, перпендикулярное к
l0 направлению электроосмоса, равен нулю, т. е. второе слагаемое в скобках равно нулю и тогда получаем
Вследствие того, что падая или всплывая с постоянной скоростью частица в каждом одинаковом по толщине слое находится одно и
20 то же время, ее горизонтальная скорость по сечению усредняется, а средняя по сечению скорость жидкости равна нулю. В результате полное горизонтальное смещение наблюдаемой частицы оказывается вообще независя25 щим от параболического профиля скоростей электроосмоса в измерительной камере.
Для реализации предлагаемого способа необходимо, чтобы частица в начальный мо30 мент находилась у одной из стенок камеры, а за время наблюдения она должна пройти весь путь от верхней до нижней стенки измерительной камеры или от нижней до верхней.
Способ определения электрофоретической
40 подвижности дисперсных частиц с плотностью не равной плотности жидкости, заключающийся в микроскопическом измерении перемещения частиц в направлении однородного электрического поля в замкнутой гори45 зонтально ориентированной камере, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, измеряют полное горизонтальное смещение частицы за время ее гравитационного прохождения от одной гори50 зонтальной стенки камеры до другой и из полученных данных определяют подвижность.
