Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Нефелометрія і турбідіметрія





До числа найбільш поширених і простих методів визначення розмірів часток відносяться нефелометрія і турбідіметрія.

Нефелометрія заснована на вимірюванні інтенсивності розсіяного світла, а турбідіметрія - оптичної щільності.

При проходженні світла інтенсивністю Io відбувається розсіювання світла Ip і поглинання, рівні Io - Іпр. Нефелометрія дозволяє визначити розмір часток і їх концентрацію. Метод заснований на здатності високодисперсних частинок розсіювати світло згідно рівняння Релея:

і на зрівняння інтенсивності розсіяного світла досліджуваної системи і еталона (системи з відомою концентрацією або розмірами частинок).

 
 

 

 


1 – джерело світла; 2,3 – кювети с ДС і еталоном; 4 – нерухомі екрани; 5 – призми; 6 – окуляр.
Рис. 6. Схема взаємодії світла з ДС

Рис. 7. Схема, що пояснює особливості дисперсійного аналізу методом нефелометрії.

При висвітленні кювет джерелом світла 1 дисперсні системи в цих кюветах розсіюють світло з різною інтенсивністю. На приладі зрівнюють інтенсивність світла від еталону і досліджуваної ДС. Для цього змінюють обсяг систем шляхом зміни положення кювет по відношенню до нерухомих екранам 4. При цьому інтенсивність освітлення правої і лівої половинок окуляра повинні збігатися. У результаті інтенсивність Ip(е ) = Ip(і ) .

Інтенсивність розсіювання світла буде пропорційна висоті освітлення частини кювети Н.

Оскільки Ip дорівнює: можна записати: або: , .

Значення Не і Ні визначають на приладі. З рівняння визначають концентрацію частинок:

.

Турбідиметричний метод ДА заснований на зміні інтенсивності світла, що пройшло через ДС .

На відміну від нефелометрії, коли проходить світло спрямований перпендикулярно зразкам і розсіюється, в турбідиметрії напрямок світла паралельний зразкам. Метод заснований на визначенні оптичної щільності еталона та дослідженні зразка (ФЕКі).



При проходженні світла через ДС відбувається поглинання і розсіяння. В результаті змінюється оптична щільність.

Оптична щільність двох золів з однаковим розміром частинок, але різною масовою концентрацією еталонної і випробуваної систем, прямо пропорційна їх концентрації: , де і - масова концентрація випробуваної і еталонної систем.

При одній і тій же масовій концентрації порівнюваних систем розміри частинок прямо пропорційні їх оптичної щільності:

або .

Для дисперсних систем, розмір часток яких більше 0,1 λ і знаходиться в діапазоні 0,1λ - 0,33λ , оптична щільність визначається емпіричним рівнянням Геллера: , де: k - константа, незалежна від довжини хвилі; λ - довжина хвилі світла; n - показник ступеня.

Показник ступеня n залежить від параметра Z, що дорівнює: , де r - радіус частинок.

Залежність Z і n приведена в таблицях. Показник n в рівнянні знаходять на основі турбідиметричного вимірювання.

Експериментально визначають зміни оптичної щільності для різних довжин хвиль і будують залежність lgД від lgλ. Тангенс кута нахилу отриманої прямої і є показник n. За відомим n за допомогою таблиць визначають чисельне значення Z, а потім по формулі розраховують r.

Метод використовується для аналізу систем т/ж і т/т (полімерні плівки).

Лекція 3. Емульсії

(4 год)

 

Емульсією називається мікрогетерогенна система, що складається з взаємнонерозчинних рідин, розподілених одна в одній у вигляді крапельок.

Рідина, зважена у вигляді крапельок, називається дисперсною фазою. Рідина, в якій розподілена дисперсна фаза, називається дисперсійним середовищем. Умовно емульсії позначають у вигляді дробу Р12 де в чисельнику вказано агрегатний стан фази (рідина 1), а в знаменнику агрегатний стан середовища (рідина 2).

Класифікація емульсій

Емульсії зазвичай класифікують за двома ознаками:

· по концентрації дисперсної фази (Cd):

§ розбавлені (Cd < 0,1 % об);

§ концентровані (0,1 % < С а < 74 % об);

§ висококонцентровані (гелеутворення) (Cd > 74 % об).

· по полярності дисперсної фази і дисперсійного середовища:

§ емульсії I роду (прямі) - М/В;

§ емульсії II роду (зворотні) - В/М.

Будь-яку полярну рідину прийнято позначати буквою «В» - «вода», а неполярну літерою «М» - «масло».

У емульсіях I роду крапельки неполярной рідини (масла) розподілені в полярній (воді). У емульсіях II роду дисперсійне середовище неполярне.

Методи отримання емульсій

Система з двох рідин, що змішуються перебуватимуть в термодинамічностійкому стані, якщо вона складатиметься з двох суцільних шарів: верхнього (легша рідина) і нижнього (більш важка рідина). Як тільки ми почнемо один із суцільних шарів дробити на крапельки, щоб отримати емульсію, буде зростати міжфазна поверхня, а отже, вільна поверхнева енергія і система стане термодинамічно нестійкою. Чим більше енергії буде витрачено на утворення емульсії, тим більше нестійкою вона буде. Щоб надати емульсії відносну стійкість, використовують спеціальні речовини - стабілізатори, звані емульгаторами. Практично всі емульсії (за винятком деяких, що утворюються мимовільно) отримують тільки в присутності емульгаторів.

Відзначимо, що емульсії - це, як мінімум, трьохкомпонентні системи, які складаються з полярної та неполярної рідин і емульгатора. При цьому одна з рідин знаходиться у вигляді крапель. Краплі необхідних розмірів можуть бути отримані двома різними шляхами: конденсаційним методом, вирощуючи їх з малих центрів краплеутворення, і диспергаційним, дроблячи великі краплі.

Найбільш поширеними є диспергаційні методи.

Конденсаційні методи

Конденсація з парів. Пар однієї рідини (дисперсна фаза) інжектується під поверхню іншої рідини (дисперсійна середа). У таких умовах пар стає пересиченим і конденсується у вигляді крапель розміром порядку 1 мкм. Ці краплі стабілізуються в рідині, що містить відповідний емульгатор.

На розмір крапель істотно впливають тиск інжектуємого пара, діаметр впускного сопла, емульгатор. Цим методом легко отримують краплі з розмірами до 20 мкм.

Емульсії можна також отримати, використовуючи монодисперсні аерозолі, отримані конденсаційним методом. Для цього в злегка пересичений пар вводять дрібні (з розмірами ≈ 10-6 см) частинки і дозволяють центрам краплеутворення рости протягом деякого часу. У результаті утворюється практично монодисперсний туман, при пропущенні якого в дисперсійне середовище отримують монодисперсну емульсію.

Заміна розчинника. Речовину, яка в майбутній емульсії повинна знаходитись у вигляді крапель, розчиняють в розчиннику з утворенням істинного розчину. Якщо потім в отриманий розчин ввести інший розчинник, який суттєво «псує» перший, то розчинена речовина буде об'єднуватися в краплі, утворюючи емульсію.

Диспергаційні методи

Ці методи засновані на дробленні грубодисперсной системи, яка представляє собою два рідких шара, що незмішуються. Залежно від виду роботи, яка здійснюється над грубодисперсною системою, диспергаційні методи можна поділити на три групи.

Механічне диспергування. Механічна робота, витрачається для диспергування, зводиться до струшування, змішування, гомогенізації, видавлювання суцільних рідин, одна з яких містить емульгатор.

1. Метод переривчастого струшування ( d крапель - 50-100 мкм).

Утворення емульсії легко продемонструвати, якщо пробірку, в яку налиті дві рідини, енергійно струшувати протягом деякого часу.

2. Застосування змішувачів.

Промисловість випускає змішувачі різноманітних конструкцій з мішалками пропелерного та турбінного типів, колоїдні млини, гомогенізатори.

· Гомогенізатори - це пристрої, в яких диспергування рідини досягається пропусканням її через малі отвори під високим тиском.

· Емульгування ультразвуком.

· Емульгування електричними методами.

Мимовільне емульгування.

Мимовільним називається емульгування, яке відбувається без витрат енергії ззовні. Воно виявляється, наприклад, в двокомпонентної (без емульгатора) гетерогенній системі при температурі, близькій до критичної температури взаємнорозчинення цих рідин.

При цій температурі поверхневий натяг стає вкрай малим, менше 1 • 10-4 Дж/м2 - у цих умовах мимовільно утворюється емульсія. Вона є термодинамічно стійкою, тому що надлишок вільної поверхневої енергії, що виникає при утворенні крапель, компенсується ентропійним фактором - прагненням речовини до рівномірного розподілу в обсязі системи. Кожна фаза цієї емульсії є насиченим розчином однієї рідини в іншій.

За Ребіндером, критичне значення σmin, необхідне для утворення будь якої мимовільної емульсії, включаючи критичну емульсію, визначається виразом:

де k - постійна Больцмана .

При r - 10- см і Т = 29 К величина σmin повинна бути менше 0,1 ерг/см2.

Рідкий жир при поглинанні організмом емульгируєтся в кишечнику солями жовчних кислот до стану високодисперсної жирової емульсії і потім всмоктується через стінки кишечника.

Емульсії, які утворюються мимовільно і, отже, є термодинамічностійкими, іноді називають ліофільними емульсіями.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2020 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.