RO127987A2

RO127987A2 - Metodă pentru determinarea concentraţiei unei soluţii concomitent cu tensiunea superficială

Info

Publication number: RO127987A2
Application number: ROA201100514A
Authority: RO
Inventors: Sonia Amariei
Original assignee: Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-29

Abstract

Invenţia se referă la o metodă pentru determinarea concentraţiei unei soluţii lichide, binare, pe baza informaţiilor rezultate la determinarea tensiunii superficiale pe cale dinamică a acesteia. Metoda conform invenţiei constă în aceea că valoarea tensiunii superficiale a unei picături lichide, provenite din soluţia analizată, determinată prin procedeul dinamic ce cuprinde vibrarea picăturii în timpul măsurării ariei suprafeţei la fiecare sinusoidă completă a vibraţiei, precum şi determinarea tensiunii superficiale din viteza de creştere a ariei suprafeţei picăturii, este extrapolată automat pe curba tensiune superficială - concentraţie realizată pentru specia chimică analizată, în vederea obţinerii unei bune reproductibilităţi a datelor, aria maximă a suprafeţei libere a picăturii fiind determinată pentru zona limitei de liniaritate a curbei care descrie evoluţia ariei suprafeţei picăturii analizate în funcţie de timp, iar limita de liniaritate fiind determinată tot automat, în punctul în care derivata de gradul unu a acestor valori are valoarea zero.

Description

Invenția se refera la o metoda pentru determinarea concentrației unei soluții lichide binare pe baza informațiilor rezultate la determinarea tensiunii superficiale pe cale dinamică a acesteia .

In vederea determinării concentrației unei soluții lichide binare pornind de la informațiile furnizate de o altă determinare specifică efectuată asupra soluției sînt cunoscute mai multe metode cea mai folosită fiind metoda areometrica care are ca scop principal determinarea densității unei soluții dar este folosită și pentru determinarea concentrației soluțiilor binare pe baza dependenței legice între densitate și concentrație, de cele mai multe ori scara aparatului fiind etalonată direct in unități de concentrație a unei anumite specii , cel mai cunoscut echipamente de acest tip fiind alcool-metrele bazate pe principiul areometric. Teoretic asemenea determinări mixte pot fi efectuate asupra oricărei soluții binare dacă toti factorii de influență prezenți in relația de dependență între concentrație și prima mărime fizică determinată pot fi menținuți constant în caz contrar existînd nedeterminare din punct de vedere matematic ceea ce înseamnă o infinitate de soluții. Autoarei nu îi sînt cunoscute metode prin care pe lîngă valoarea mărimii tensiunii superficiale a unei soluții lichide binare, determinate prin metoda dinamică, se determină în același timp și concentrația acesteia fără efectuarea nici unei operații suplimentare.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă in promovarea unei metode analitice care permite determinarea concentrației unui component dintr-o soluție lichidă binară în același timp cu tensiunea superficială a acesteia cele două valori fiind determinate și afișate concomitent. In acest scop sînt folosite ca bază instrumentală echipamente de genul celor descrise in propunerile de invenții intitulate: Aparat pentru determinarea tensiunii superficiale, autor Amariei Sonia, Dosar OSIM A00465/2011 “ Aparat portabil pentru determinarea tensiunii superficiale”, autor Amariei Soriia, Dosar OSIM Α00477201Γ Procedeu si dispozitiv pentru determinarea tensiunii superficiale “autor Amariei Sonia, Dosar propus la OSIM încă neînregistrat. La toate soluțiile descrise în aceste propuneri de invenții o picătura (1) din lichidul analizat (Fig.1) ce se găsește depusă pe o membrană (2) metalică elastică este adusă intr-o oscilație mecanică sinusoidală cu ajutorul unui sistem (3),(4) electrodinamic urmărindu-se cu ajutorul unei camere (5) video miniaturale creșterea ariei suprafeței picăturii (1) la fiecare sinusoidă a oscilației mecanice. Măsurărea tensiunii superficiale a unui lichid cu aceste echipamente are la bază corelarea valorii acesteia cu valoarea vitezei de creștere a ariei suprafeței unei picături din lichidul analizat supusă unei vibrațiii sinusoidale. Principiul determinării concentrației soluției lichide din aceeași picătură și în același timp cu determinarea tensiunii superficiale se bazează pe corespondența intre tensiunea superficială și concentrația unei soluții binare, la o temperatură dată, descrisă în literatura de specialitate de relația lui Szyszkowski [Figura, L.O.,

ύν-2 Ο 1 1 - Ο Ο 5 Π - 2 6 -05- 2011

Lebensmittelphysik, Physikalische ΚβηηρΓοββη - Messung und Anwendung, Springer Verlag Berlin-Heidelberg, 2004, p. 166-178] :

---= a-/n1 + - (1) ^r0 l ^b>

unde: y - tensiunea superficială în N m'¹

1⁰ tensiunea superficială a solventului (C = 0), în N m'¹

C - concentrația substanței superficial active kg m’³ b - constantă specifică de material, m³ kg’¹a - constantă specifică de material, N rrr relație a a cărei redare grafică este dată în figura 3. Folosiind relația de mai sus și aparatul descris in propunerea de invenție “ Procedeu si dispozitiv pentru determinarea tensiunii superficiale “ autor Amariei Sonia, depusă la OSIM dar neînregistrată încă, este posibilă determinarea concentrației unei specii chimice din soluția binară analizată concomitent cu tensiunea superficială extrapolînd în acest scop electronic automat valoarea tensiunii superficiale determinate pentru soluție prin procedeul descris pe un tabel electronic de etalonare de tip EE-PROM realizat pe baza perechilor de valori: tensiune superficială (/) concentrație (C) determinate experimental. Pentru ca operatorul sa cunoască valoarea concentrației critice (C_c) programul de calcul se realizează in așa fel încît pentru fiecare pereche de valori să fie efectuată derivata a 1-a : dy/ dc. Acolo unde derivata a 1-a are valoare zero :

curba din figura 1 trece prin punctul de minim corespunzător concentrației critice (C_c), după această valoare evoluția ei este neliniară. Folosirea metodei extrapolării si peste concentrația critică dă erori importante de măsurare motiv pentru care la concentrații ce depășesc concentrația critică (C_c) în prealabil se realizează o diluare în raport % a soluției analizate după care se realizează o nouă determinare atît a tensiunii superficiale cît și a concentrației. Avertizarea asupra apropierii de concentrația critică (C_c), se face automat, pe baza derivatei a 1-a , relația (2) prin mesaj electronic ce apare pe ecranul aparatului.

Prin aplicarea invenției se obține avantajul determinării concomitente și automate atît a tensiunii superficiale cît și a concentrației unei soluții lichide binare

Sînt date în continuare figurile ce definesc metoda după cum urmează:

0-2011-00514-2 6 -05- 2011

Fig.1. Schema de principiu a sistemului electrodinamic pentru vibrarea picăturii de lichid analizată în scopul determinării tensiunii ei superficiale prin metoda dinamică folosiind analiza optoelectronică de imagine

Fig.2. Evoluția ariilor suprafețelor a trei picături lichide, provenind din trei soluții care conțin fiecare o altă specie chimică (S1), (S2), (S3), în funcție de timp,

Fig.3. Dependența tensiunii superficiale γ de concentrație C conform relației lui Szyszkowski pentru specia chimică S1

Modul de lucru la folosirea metodei descrise este următorul: Se aduce o picătură (1) din soluția anlalizată pe membrana (2) elastică, figura 1, după care se pornește concomitent sistemul electrodinamic de vibrație (3),(4) și sistemul de achiziția automată de imagine. Timp de o secundă, pentru fiecare oscilație sinusoidală a picăturii, se realizează automat achiziția unei imagini video a suprafeței picăturii, pentru camerele uzuale acest lucru însemană cca 24- 48 imagini secundă. Prin intermdiul soft-ului specific se calculează pentru fiecare imagine memorată aria suprafeței libere a picăturii ca produs între numărul de pixeli din perimetrul cercului ce descrie picătura și suprafața unui pixel, cea din urmă fiind indicată obligatoriu de producătorul camerei video in documentația tehnică a acesteia. Pe baza perechilor de valori a ariilor suprafețelor picăturii și timpilor corespunzători programul de calcul generează pentru o anumită specie chimică (S1) un grafic ca cel din figura 2, pentru soluții conținînd alte specii chimice (S2), (S3) graficele au altă configurație. Tot automat prin intermediul Soft-ului pentru toate perechile de valori: aria A a suprafeței picăturii și timpul t este efectuată derivata a 1-a , dA/dt:

(3) acolo unde aceasta are valorea zero ( punctul B, fig.2) s-a atins limita de liniaritate a curbei,

Iar pentru cazul concret al punctului B rezultă :

(3)

De unde viteza de creștere vsi a valorii ariei suprafeței picăturii soluției ce conține specia chimică S1 este data de relația:

(4) iar valoarea tensiunii superficiale y_SI a soluției ce conține specia chimică S1 de relația :

w usu ol tefan cel Mare iZ (lin V;

(X -2 ο 1 1 - Ο Ο 5 1 4 - 2 6 -05- ?Π11

(5) unde (Κ) reprezintă ο constantă ce ține seama de frecvența oscilației, de amplitudinea oscilației de temperatura de lucru și de natura speciei chimice lichide analizate. Valoarea tensiunii superficiale astfel determinată este extrapolată automat pe graficul: tensiune superficială y_sî - concentrație Csi. Pentru punctele (E) și (D) corespunzătoare limitei de liniaritate pentru soluții ce conțin speciile chimice (S2) respectiv (S3) se procedează la fel ca pentru specia chimică S1.

Claims

REVENDICARE

Invenția Metoda pentru determinarea concentrației unei soluții concomitent cu tensiunea superficială a acesteia caracterizată prin aceea că valoarea tensiunii superficiale a unei picăturii lichide provenită din soluția analizată, determinată prin procedeul dinamic constînd în vibrarea picăturii în măsurarea ariei suprafeței la fiecare sinusoidă completă a vibrației precum și în calculul tensiunii superficiale din viteza de creștere a ariei suprafței picăturii, este extrapolată automat pe curba tensiune superficială - concentrație realizată pentru specia chimică analizată, iar în vederea obținerii unei bune reproductibilități a datelor aria maximă a suprafeței libere a picăturii se determină pentru zona limitei de liniaritate a curbei ce descrie evoluția ariei suprafeței picăturii analizate in funcție de timp, la rindul ei limita de liniaritate fiind determinată tot automat în punctul în care derivata 1-a a acestor valori are valoarea zero.