RU2107279C1 - Method of determination of nuclear membrane porosity - Google Patents

Method of determination of nuclear membrane porosity Download PDF

Info

Publication number
RU2107279C1
RU2107279C1 RU96114582A RU96114582A RU2107279C1 RU 2107279 C1 RU2107279 C1 RU 2107279C1 RU 96114582 A RU96114582 A RU 96114582A RU 96114582 A RU96114582 A RU 96114582A RU 2107279 C1 RU2107279 C1 RU 2107279C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
membrane
pores
porosity
energy
Prior art date
Application number
RU96114582A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96114582A (en
Inventor
Ю.Г. Лазарев
Ф.Г. Нешов
Б.В. Шульгин
А.В. Кружалов
В.И. Радченко
Original Assignee
Уральский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Уральский государственный технический университет filed Critical Уральский государственный технический университет
Priority to RU96114582A priority Critical patent/RU2107279C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2107279C1 publication Critical patent/RU2107279C1/en
Publication of RU96114582A publication Critical patent/RU96114582A/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: membrane filters based on nuclear track membranes. SUBSTANCE: membrane is placed in irradiation chamber, and it is irradiated by beam of particles accelerated in cyclotron. Separation of signals associated with pores is performed by measuring the energetic spectrum of particles passed through pores and directly through membrane film. Then areas of energetic peaks of particles passed through pores and membrane film are determined, and porosity is ground by their relation processing from expression
Figure 00000003
, where N0 is number of particles recorded in section of energetic spectrum near maximum energy E0; N1 is number of particles recorded in section of energetic spectrum near minimum energy E1; N1 is number of particles recorded in section of energetic spectrum in intermediate area between E0 and E1. EFFECT: more effective determination of nuclear membrane porosity. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области мембранных фильтров на основе ядерных трековых мембран, применяемых для очистки питьевой вводы и воды для медпрепаратов, для фильтрации плазмы крови и биологических жидкостей, для фильтрации воздуха особо чистых помещений (больничных операционных, промышленных помещений для производства прецизионных средств микроэлектроники, производства компакт-дисков). The invention relates to the field of membrane filters based on nuclear track membranes used for the purification of drinking inlets and water for medications, for filtering blood plasma and biological fluids, for filtering air in extremely clean rooms (hospital operating rooms, industrial premises for the production of precision microelectronics, compact production drives).

Известны способы определения пористости ядерных мембран [1,2]. Known methods for determining the porosity of nuclear membranes [1,2].

1. Прямой метод. Образец разрушают и оценивают объем твердой части пористого образца [2]. Пористость определяют по формуле

Figure 00000004

где
ε - общая пористость; Vтв - объем твердой части образца; Vм- объем образца мембраны в целом. Однако прямой метод является деструктивным, т.е. связан с разрушением образца. Другим недостатком прямого метода является то, что он учитывает не только открытые, но и закрытые поры, что искажает информацию.1. The direct method. The sample is destroyed and the volume of the solid part of the porous sample is estimated [2]. The porosity is determined by the formula
Figure 00000004

Where
ε is the total porosity; V TV is the volume of the solid part of the sample; V m - the volume of the sample membrane as a whole. However, the direct method is destructive, i.e. associated with the destruction of the sample. Another disadvantage of the direct method is that it takes into account not only open, but also closed pores, which distorts information.

Весовой метод [2]. Рассчитывают долю объема по формуле

Figure 00000005

где
Gоб - масса образца; ai и ρi - соответственно процентное содержание и плотность i-й составной части мембраны.Weighting method [2]. Calculate the volume fraction by the formula
Figure 00000005

Where
G about - the mass of the sample; a i and ρ i are the percentage and density of the i-th membrane component, respectively.

Однако указанный метод может быть применен для случаев, когда известен состав мембраны, а также содержание и плотность каждой составной части мембраны. Весовой метод дает информацию обо всех порах (он одновременно учитывает и открытые и закрытые поры) и, соответственно, искажает информацию о производительности мембран. However, this method can be applied in cases where the composition of the membrane is known, as well as the content and density of each component of the membrane. The weight method provides information about all pores (it simultaneously takes into account open and closed pores) and, accordingly, distorts information about the performance of membranes.

Метод расширения газа [2]. Образец мембраны помещают в наполненный газом сосуд, затем этот сосуд соединяют с другим, из которого газ эвакуирован. Зная первоначальное P1 и конечное P2 давления в сосуде, рассчитывают величину

Figure 00000006

где
V0 и
Figure 00000007
- объем сосуда с образцом и без образца соответственно: P1 и P2 - начальное и конечное давления в сосуде. Однако метод расширения газа является весьма грубым, он имеет невысокую точность.The method of gas expansion [2]. A membrane sample is placed in a vessel filled with gas, then this vessel is connected to another, from which the gas is evacuated. Knowing the initial P 1 and final P 2 pressure in the vessel, calculate the value
Figure 00000006

Where
V 0 and
Figure 00000007
- the volume of the vessel with the sample and without the sample, respectively: P 1 and P 2 - the initial and final pressure in the vessel. However, the method of gas expansion is very crude, it has a low accuracy.

Метод пропитки [2]. Образец мембраны, предварительно взвешенный насыщают смачивающей жидкостью и проводят взвешивание повторно, после чего рассчитывают εo

Figure 00000008

где
Gоб-масса образца, насыщенного жидкостью, ρж - плотность жидкости.Impregnation method [2]. A sample of the membrane, previously weighed, is saturated with a wetting liquid and weighing is repeated, after which ε o
Figure 00000008

Where
G r is the mass of the sample saturated with liquid, ρ W is the density of the liquid.

Однако для тонких мембран и этот метод плохо пригоден из-за большой ошибки в определении пористости. However, for thin membranes this method is also poorly suited due to a large error in the determination of porosity.

Известен также метод пропитки в сочетании с оптическим методом, когда образец мембраны приводят в соприкосновение с поверхностью равнобедренной стеклянной призмы, представляющей собой поверхность полного отражения. По мере заполнения под жидкостью растет доля площади основания призмы, на которой полное отражение нарушено. Однако метод пропитки в сочетании с оптическим методом обладает невысокой точностью определения пористости мембран. An impregnation method is also known in combination with the optical method, when a membrane sample is brought into contact with the surface of an isosceles glass prism, which is a surface of total reflection. As filling under the liquid, the fraction of the base area of the prism, on which the total reflection is disturbed, increases. However, the impregnation method in combination with the optical method has low accuracy in determining the porosity of membranes.

Все рассмотренные известные способы определения пористости мембран имеют невысокую точность. All considered known methods for determining the porosity of membranes have low accuracy.

Суть предлагаемого метода заключается в проведении энергетического анализа частиц, например ионов гелия (6-8 МэВ) или ионов азота (16,2 МэВ), прошедших через ядерную трековую мембрану, сориентированную относительно пучка ионов так, что оси пор (параллельные друг другу) располагаются параллельно траектории ионов коллимированного пучка. Соотношение площадей энергетических пиков частиц, прошедших непосредственно через пленку и через поры в ней, определяет суммарную площадь пор, приходящихся на единицу поверхности, т.е. определяет пористость ядерной мембраны. The essence of the proposed method is to conduct an energy analysis of particles, for example, helium ions (6-8 MeV) or nitrogen ions (16.2 MeV) that have passed through a nuclear track membrane oriented relative to the ion beam so that the pore axes (parallel to each other) are parallel to the ion trajectory of the collimated beam. The ratio of the areas of the energy peaks of the particles that passed directly through the film and through the pores in it determines the total area of pores per unit surface, i.e. determines the porosity of the nuclear membrane.

Дополнительным преимуществом предлагаемого метода определение пористости ядерных мембран является возможность определения конусности отверстий ядерных мембран, поскольку ионы, прострелившие конусообразную часть отверстий (пор) имеют промежуточную энергию. An additional advantage of the proposed method for determining the porosity of nuclear membranes is the ability to determine the conicity of the holes of the nuclear membranes, since the ions that shot through the conical part of the holes (pores) have intermediate energy.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Для определения пористости ядерной трековой мембраны (толщиной 5,3 мкм) последнюю помещают в камеру облучения циклотронным пучком ионов азота, ускоренных до энергии E0=16,4 МэВ. Энергетический анализ частиц, прошедших через пленку и поры в ней, проводят с помощью полупроводникового детектора и анализатора импульсов. Ионы азота, прошедшие непосредственно через поры в ядерной мембране, не меняют своей первоначальной энергии E0, в то время как ионы, прошедшие через пленку, теряют в ней часть энергии и имеют на выходе уменьшенную энергию E'.To determine the porosity of the nuclear track membrane (5.3 μm thick), the latter is placed in the irradiation chamber with a cyclotron beam of nitrogen ions accelerated to an energy of E 0 = 16.4 MeV. The energy analysis of particles passing through the film and the pores in it is carried out using a semiconductor detector and a pulse analyzer. Nitrogen ions passing directly through the pores in the nuclear membrane do not change their initial energy E 0 , while ions passing through the film lose part of the energy in it and have a reduced energy E 'at the output.

На фиг. 1 приведен характерный энергетический спектр ионов азота, прошедших через трековую мембрану. Участки спектра вблизи E0 и E1, соответствуют частицам, которые пролетели сквозь мембраны без столкновений и через основной слой пленки соответственно. Ионы, так или иначе прострелившие конусообразную часть отверстий (пор), имеют промежуточную энергию E1.In FIG. Figure 1 shows the characteristic energy spectrum of nitrogen ions that have passed through a track membrane. The spectral regions near E 0 and E 1 correspond to particles that flew through the membrane without collisions and through the main layer of the film, respectively. Ions, one way or another, shot through the cone-shaped part of the holes (pores), have an intermediate energy E 1 .

Пористость мембраны определяют, исходя из выражения

Figure 00000009

где
N0-число частиц, зарегистрированных в участке энергетического спектра вблизи максимальной энергии E0;
N1- число частиц, зарегистрированных в участке энергетического спектра вблизи минимальной энергии E1;
N1-число частиц, зарегистрированных в участке энергетического спектра в промежуточной области между E0 и E1.Membrane porosity is determined based on the expression
Figure 00000009

Where
N 0 is the number of particles recorded in the energy spectrum region near the maximum energy E 0 ;
N 1 is the number of particles recorded in the energy spectrum region near the minimum energy E 1 ;
N 1 is the number of particles recorded in the energy spectrum in the intermediate region between E 0 and E 1 .

Из спектра, показанного на фиг. 1 с помощью формулы (5) получены значения поверхностной пористости ε ≈ 7%. From the spectrum shown in FIG. 1, using the formula (5), the surface porosity ε ≈ 7% was obtained.

Предлагаемый способ позволяет для мембраны толщиной t делать оценку формы и размеров конусной части пор (фиг. 2). Оценку отношения диаметров поры на поверхности пленки d1 и в цилиндрической части d0 (фиг. 2) проводят по формуле

Figure 00000010

где
N0 и N1 то же, что и в формуле (5).The proposed method allows for a membrane of thickness t to evaluate the shape and size of the conical part of the pores (Fig. 2). The assessment of the ratio of pore diameters on the surface of the film d 1 and in the cylindrical part d 0 (Fig. 2) is carried out according to the formula
Figure 00000010

Where
N 0 and N 1 is the same as in formula (5).

Таким образом, предлагаемый метод позволяет определить с достаточной для практических применений точностью пористость мембраны. Thus, the proposed method allows us to determine the porosity of the membrane with sufficient accuracy for practical applications.

Claims (1)

Способ определения пористости ядерных мембран путем выделения и обработки сигналов, связанных с порами, отличающийся тем, что мембрану помещают в камеру облучения и облучают пучком ускоренных на циклотроне частиц, а выделение сигналов, связанных с порами, осуществляют путем измерения энергетического спектра частиц, прошедших через поры и непосредственно через пленку мембраны, затем определяют площади энергетических пиков частиц, прошедших через поры и пленку мембраны, а по их отношению определяют пористость, исходя из выражения
Figure 00000011

где N0 - число частиц, зарегистрированных в участке энергетического спектра вблизи максимальной энергии E0;
N1 - число частиц, зарегистрированных в участке энергетического спектра вблизи минимальной энергии E1;
N' - число частиц, зарегистрированных в участке энергетического спектра в промежуточной области между E0 и E1.
A method for determining the porosity of nuclear membranes by isolating and processing signals associated with pores, characterized in that the membrane is placed in the irradiation chamber and irradiated with a beam of particles accelerated at the cyclotron, and the selection of signals associated with pores is carried out by measuring the energy spectrum of particles passing through the pores and directly through the membrane film, then the areas of energy peaks of the particles passing through the pores and the membrane film are determined, and their porosity is determined based on the expression
Figure 00000011

where N 0 is the number of particles recorded in the energy spectrum region near the maximum energy E 0 ;
N 1 is the number of particles recorded in the energy spectrum region near the minimum energy E 1 ;
N 'is the number of particles recorded in the energy spectrum in the intermediate region between E 0 and E 1 .
RU96114582A 1996-07-17 1996-07-17 Method of determination of nuclear membrane porosity RU2107279C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96114582A RU2107279C1 (en) 1996-07-17 1996-07-17 Method of determination of nuclear membrane porosity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96114582A RU2107279C1 (en) 1996-07-17 1996-07-17 Method of determination of nuclear membrane porosity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2107279C1 true RU2107279C1 (en) 1998-03-20
RU96114582A RU96114582A (en) 1998-10-10

Family

ID=20183492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96114582A RU2107279C1 (en) 1996-07-17 1996-07-17 Method of determination of nuclear membrane porosity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2107279C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7040512B2 (en) 1999-04-04 2006-05-09 Soda-Club (Co2) Atlantic Gmbh Filter integrity testing system and method, and water purification system comprising same
CN117214065A (en) * 2023-09-27 2023-12-12 兰州大学 Method for measuring solid surface porosity by utilizing infrared spectrum characteristic peak method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Датнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.: Химия, 1978, с.351. 2. Брок, Томас Д. Мембранная фильтрация. М.: Мир, 1987, с.462. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7040512B2 (en) 1999-04-04 2006-05-09 Soda-Club (Co2) Atlantic Gmbh Filter integrity testing system and method, and water purification system comprising same
CN117214065A (en) * 2023-09-27 2023-12-12 兰州大学 Method for measuring solid surface porosity by utilizing infrared spectrum characteristic peak method
CN117214065B (en) * 2023-09-27 2024-05-03 兰州大学 Method for measuring solid surface porosity by utilizing infrared spectrum characteristic peak method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Beck et al. Hindrance of solute diffusion within membranes as measured with microporous membranes of known pore geometry
EP0640822B1 (en) Integrity test for porous structures using acoustic emission
Pustilnik et al. Environment status of blue compact galaxies and trigger of star formation
Cowan et al. The experimental determination of the thickness of a shock front in a gas
Vater Production and applications of nuclear track microfilters
RU2107279C1 (en) Method of determination of nuclear membrane porosity
Patel et al. Quantitative spectroscopy of micron‐thick liquid films
Chen et al. Some properties of Nuclepore filters
Zubkov et al. Critical opalescence
Remmert et al. Gas permeability and cross section of latent ion tracks in polymers
Beitz et al. High sensitivity photoacoustic spectrometer for variable temperature solution studies
Vater et al. Nuclear track microfilters made of mica
JPS59214765A (en) Plasma separator and use thereof
Greenwood et al. State-selective one-electron capture from He, Ne and Ar by 4 keV state-prepared ions
De Dea et al. Cluster and solute velocity distributions in free-jet expansions of supercritical CO2
Packard et al. Manufacture, observation, and test of membranes with locatable single pores
RU2196319C2 (en) Procedure measuring specific surface of dispersive and porous materials
Delumyea et al. Comparison of reflectance and photoacoustic photometry for determination of elemental carbon in aerosols
Ensinger et al. Nuclear track microfilters: gas separation ability and β-radiation stability
Robinson HPLC: the new King of analytical chemistry?
Iida et al. A simple passive method of collecting water vapour for environmental tritium monitoring
SU1469322A1 (en) Method of determining porosity of adsorbents
RU2024845C1 (en) Method of measuring sizes of pores of membranes
JPS63269042A (en) Method for measuring particle size distribution of high density specimen utilizing diffraction of laser beam
D'Angelo et al. The K spectrum of ionospheric irregularities