DE2641150B2 - Gerät zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit von Partikeln - Google Patents
Gerät zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit von PartikelnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Gerät ist
aus der US-PS 3 708402 bekannt.
Bei der Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit von Partikeln mittels Lichtstrahlung tritt ein
kathodischer Transport auf, der den Durchgang des Elektroiysestroms ermöglicht, der zwischen den Elektroden
insbesondere in einer wäßrigen Lösung erzeugt wird. Während des Durchgangs dieses Stroms, d. h.
während der Messung, werden Wasserstoff- und Hydro xyiionen erzeugt. Das Freisetzen von gasförmigem
Wasserstoff und die Bildung von Blasen, die dabei üblicherweise erzeugt werden, können z. B. durch die
Verwendung einer Palladiumkathode vermieden werden.
■'' Das Vorhandensein von Hydroxylionen führt zu einer
Erhöhung des örtlichen pH-Wertes und ruft in bestimmten Fällen sekundäre Erscheinungen hervor,
die eine Änderung der optischen Dichte in der Meßzone zur Folge haben.
in Zum Beispiel erfolgt bei einem mit Bikarbonaten
gesättigten Wasser eine schnelle Ausfällung von Erdalkalikarbonaten, die das Wasser trüben. Für bestimmte,
sehr stark mit Kolloiden beladene Wasserarten oder für bestimmte gefärbte Wasserarten führt
π diese Alkalisierung zu einer beträchtlichen Änderung
der optischen Dichte der Lösung.
Die Amplitude dieser Erscheinung ist der Intensität des Meßstromes proportional, der bezüglich des Wassers
der Elektrolysestrom ist. Dieser Strom ist bei ei-
-1O nem bestimmten elektrischen Feld der Leitfähigkeit
des Wassers proportional, d. h., daß im Falle eines stark mineralhaitigen Wassers diese Erscheinungen
um so stärker sind und die Messung der Änderung der optischen Dichte stören. Es wurde festgestellt, daß
für Wasser mit einem spezifischen Widerstand unter 100 Ω cm die Messung der Änderung der optischen
Dichte insbesondere nahe einer der Elektroden unmöglich ist.
Außerdem ruft der Durchgang eines starken Stroms
«ι indem Behälter wie in jedem Elektrophoresebehälter
Materialtransporterscheinungen hervor, die die Messung stören können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Meßgerät der eingangs genannten Gattung derart zu
F> verbessern, daß störende Erscheinungen beseitigt
werden können, die bei Messungen auftreten, die in stark mineralhaltigem Wasser auftreten.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
4(i angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Anwendung eines elektrischen Feldes bewirkt hinter der Membran bezüglich der Verschiebungs-
■Γ) richtung der kolloiden Partikel eine Verringerung deren
Anzahl proportional zur Beweglichkeit dieser Partikel. Auf diese Weise verfügt man über eine geeignete
Zone, in die der Meßstrahl gerichtet werden kann, der eine Breite von höchstens 1000 μ und vor-
-)(> zugsweise höchstens 500 μ in Verschiebungsrichtung
der Partikel hat. Die verwendete Membran sollte starr sein, eine glatte Oberfläche und keine Unebenheiten
größer als 0,2 mm haben; sie sollte sich unter der Wirkung der in dem Gerät auftretenden Drücke nicht ver-
Yi formen. Wenn das Material, aus dem die Membran
hergestellt wird, nicht ausreichend fest ist, kann man es durch eine Unterlage verstärken. Das Material der
Membran ist elektrisch isolierend, und seine Porosität wird derart gewählt, daß das Verhältnis zwischen sei-
bo ner Filtereigenschaft bezüglich Kolloiden, die durch
die Größe ihrer Form bestimmt wird, und ihr Widerstand gegen Ionenströme, der durch die Anzahl der
Poren bestimmt wird, die sie pro Oberflächeneinheit hat, optimal ist. Im Falle von Kolloiden, die aus einer
b5 Suspension, z. B. von Kaolin gebildet sind, ist eine
Membran mit einer Porosität von 10 μ ausreichend. Es wurde festgestellt, daß man mit guten Ergebnissen
Membrane verwenden kann, die aus Millipore
Duralon mit einer Maschengröße von 0,2 μ, Glasfrilten
Nr. 2 bis 4, bestimmten synthetischen Geweben, Polyacrylnitril 10 μ, Polypropylen usw. bestehen.
Um zu verhindern, daß während der Messung durch
Elektroosmose eine Massenübertraguiig stattfindet,
wird die Kammer hermetisch abgeschlossen, die von den Wänden des die Flüssigkeit umgebenden Behälters
und der Membran begrenzt ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Geräts und
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Membran
und des Lichtstrahlverlaufs.
Das Gerät be;,teht aus einem Elektrophoresebehälter 1 in Form eines Quaders, dessen Boden
2 X 50 mm mißt und der eine Höhe von 40 mm hat. An den Seitenwänden 2a, 2b sind zwei Elektroden
3fl, 3b angeordnet, von denen jede 40 X 50 mm mißt und eine Dicke von etwa 2 mm hat. DIi Elektroden
3a, 3b bestehen aus PalJadiumplatten. Der Behälter 1 ermöglicht es, zwischen den für die Strahlung durchlässigen
Wänden eine Strahlenlänge von 40 mm zu erhalten. In der Mitte ist parallel zu den Elektroden
3a, 3b eine Membran 14 angeordnet, die den Behälter in zwei Kammern 13a und 13b teilt, von denen jede
eine der Elektroden 3a bzw. 3b enthält.
Die Membran 14 hat dichte Verbindungen mit dem Boden und den Wänden des Behälters 1.
Eine stabilisierte Transistorstromquelle 4 reguliert die Intensität des Elektrophoresestroms. Die Elektroden
3a, 36 werden entsprechend der Polarität der Kolloide mittels eines nicht gezeigten Umschalters
derart polarisiert, daß die Messung der Beweglichkeit stets in der gleichen Kammer durchgeführt werden
kann.
Nach dem Füllen des Geräts wird die Kammer 13a mittels eines Deckels 12 vor der Durchführung der
Messung hermetisch abgeschlossen. Eine Vorrichtung zur Messung der Spannung an den Anschlüssen der
Elektroden 3a, 3b ermöglicht es, das während der Elektrophorese angewandte elektrische Feld zu bestimmen.
Die Energie wird von einer 12-Volt-Batterie
geliefert, deren Kapazität von der Verwendungsdauer abhängt. Die Membran 14 wird von einem Lichtstrahl
einer Lichtquelle 6, die aus einer 4-Watt-Lampe mit einer Wendel besteht, mittels eines optischen Systems
7 überstrichen, das Schlitze mit einer Breite von etwa 0,5 mm hat und die diffuse Strahlung der Lichtquelle
6 in eine einseitig gerichtete Strahlung 5 umwandeln kann.
Die Ermittlung der Lichtintensität der abgehenden Strahlung 8 wird durch eine Fotowiderstandszelle 9 in
einer Wheatstone-Brücke am Boden einer zylindrischen Rohrs 10 mit undurchlässigen Wänden oder
durch irgendeine andere lichtempfindliche Zelle bewirkt. Die Fotowiderstandszelle 9 ist an der Austrittsseite der Strahlung angeordnet.
Die Änderung der Konzentration von Kolloiden in der Nähe der Membran 14 führt zu einem proportionalen
Ausschlag des Zeigers eines Galvanometers 11.
Wie zuvor erläutert wurde, ist das erfindungsgemäße Gerät insbesondere zur Messung der optimalen
Dosis eines Koagulierungsmittels bestimmt, das in ein Oberflächenwasser einzubringen ist, um dessen Reinigung
zu bewirken, wenn es sehr mineralhaltig ist.
In der gleicher Weise wie beim Einsatz des bekannten Geräts werd .iz. B. vier oder fünf Proben des zu
klärenden Wassers vorDereitet. Dem Wasser wird jedesmal eine größere Menge eines üblicherweise verwendeten
Koagulierungsmittels zugesetzt, und es wird die Änderung der optischen Dichte gemäß der Erfin-"'
dung gemessen.
Die festgestellte Verringerung der optischen Dichte nimmt bei der Annäherung an die optimale Menge
ab, bei der die Ladung des Kolloids zu Null wird. Nach dem Durchgang durch den ^neuiraleii? Punkt nimmt
ii' die optische Dichte bei Anlegen eines elektrischen
Felds zu.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen erläutert.
ι -, B e i s ρ i e 1 1
Es wird die optimale Dosis von verschiedenen Wässern zuzusetzendem Aluminiumsulfat bestimmt, um
deren Reinigung mittels des bekannten Gerätes (I). das in der Französischen Patentanmeldung 7 430259
-'" beschrieben ist, und dann mittels des zuvor beschriebenen
Gerätes (II), das eine MiJlipore Duralon-Membran
mit einer Dicke von 0,2 mm hat, zu erhalten. Es werden aufeinanderfolgend zwei Reihen von
5 Proben eines Abwassers mit einem spezifischen Wi-
-1") derstand von 1800 Ω cm jeweils Dosen von 0, 30,
60, 90 und 120 ppm Aluminiumsulfat zugesetzt und die Messungen in den beiden Geräten I und II durchgeführt,
wobei der Behälter einem elektrischen Feld von 20 V/cm währer.d 3 Sekunden ausgesetzt wird.
in Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen angegeben,
die in beliebigen Einheiten ausgedrückt sind.
Al2(SOJ3 (ppm) Gerät I
Gerät II
0 | - 16 |
30 | - 12 |
60 | O |
90 | - 4 |
120 | + 1 |
- 16
- 14
- 7
4(i Man stellt fest, daß für ein Wasser mit diesem spezifischen
Widerstand die Ergebnisse vergleichbar sind.
Es werden in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 Messungen mittels der beiden Geräte I und II an einem
Papierfabrikbleiwasser mit einem spezifischen Widerstand von 500 Ω cm durchgeführt.
Die Dosen des Koagulierungsmittels und die erhaltenen Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen an-)()
gegeben.
AI2(SO4), (ppm) Gerät I
Gerät II
0 | + 6 | - 15 |
50 | unzusammenhängen | -- K) |
des Signal | ||
100 | unzusammenhängen | - 4 |
des Signal | ||
150 | unzusammenhängen | _ Ί |
des Signal | ||
200 | unzusammenhängen | + 2 |
des Signal |
uer pH-Wert ist nach der Elektrode in "dem Gerät 1
b5 basisch, das Rohwasser flockt unmittelbar aus und bewirkt
eine Trübung, die die Messung stört. In dem Gerät II gemäß der Erfindung tritt diese Erscheinung
nicht auf.
In den vorherigen Beispielen analoger Weise wird die Menge des Koagulierungsmittels gemessen, das
zur Reinigung dem Abwasser eines pharmazeutischen Laboratoriums zuzufügen ist, das einen spezifischen
Widerstand von 100 Ω cm hat. Als Koagulierungsmittcl
wird FeCI1 verwendet. In dem Gerät I kann man in diesem Falle kein elektrisches Feld ausreichender
Größe erhalten und man erhält kein meßbares Signal.
Die Dosen des Koagulierungsmittels und Meßergebnisse sind in den folgenden Tabellen an
geben.
Gerat I Gerät Il
kein meßbares Signal kein meßbares Signal kein meßbares Signal kein meßbares Signal
kein meßbares Signal
-
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Gerät zum Messen der elektrophoretischen Beweglichkeit von Parikeln mittels Lichtstrahlung
in einem elektrischen Gleichfeld, das aus einem Elektrophoresebehälter mit zwei parallelen Elektroden,
einer Einrichtung zur Erzeugung des Lichtstrahls und einer Einrichtung zur Beaufschlagung
der Elektroden mit Spannung besteht, wobei der Lichtstrahl, der von der Lichtstrahlerzeugungseinrichtung
ausgeht, eine Dicke von ca. 0,1 mm aufweist, und zwar in Richtung der Kraftlinien
des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel
zu den Elektroden (13a, 13b) eine Filtermembran (14) angeordnet ist, die den Behälter (1) in
zwei Kammern teilt, so daß der Strahl den Raum zwischen den beiden Elektroden in einem sehr geringen
Abstand von der Membran durchläuft, und daß die Kammer, die der Lichtstrahl nicht durchquert,
während des Betriebes hermetisch abgeschlossen ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (5) längs einer Achse
parallel zu der Membran (14) verläuft und eine Zone durchläuft, die die Dicke des Lichtstrahls
hat, gerechnet von der Oberfläche der Membran aus, d. h., daß der Lichtstrahl an der Membran
entlangstreicht.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Strahlung
sichtbares Licht, Infrarotlicht oder eine Gammastrahlung ist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen
den Elektroden (13a, 136) 0,5 bis 1,2 cm beträgt, und daß sich die Membran (14) in der Mitte zwischen
den beiden Elektroden befindet.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) aus
Millipore Duralon besteht.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) eine
Dicke von etwa 0,2 mm hat.
7. Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Messen der Beweglichkeit
von kolloidalen Partikeln in einer insbesondere stark mineralhaltigen Lösung oder Suspension zur
Bestimmung der Menge an Koagulierungsmittel, die für die Reinigung der Lösung oder der Suspension
notwendig ist.
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