RU2634096C1 - Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе - Google Patents

Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе Download PDF

Info

Publication number
RU2634096C1
RU2634096C1 RU2016130365A RU2016130365A RU2634096C1 RU 2634096 C1 RU2634096 C1 RU 2634096C1 RU 2016130365 A RU2016130365 A RU 2016130365A RU 2016130365 A RU2016130365 A RU 2016130365A RU 2634096 C1 RU2634096 C1 RU 2634096C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
colloidal
type
particle
computer processing
Prior art date
Application number
RU2016130365A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Петрович Лазарев
Сергей Николаевич Дрождин
Борис Абрамович Зон
Борис Михайлович Даринский
Александр Сергеевич Сигов
Андрей Юрьевич Лунь
Александр Николаевич Мильцин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоСил" (ООО "ПлазмоСил")
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 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоСил" (ООО "ПлазмоСил") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоСил" (ООО "ПлазмоСил")
Priority to RU2016130365A priority Critical patent/RU2634096C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634096C1 publication Critical patent/RU2634096C1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0266—Investigating particle size or size distribution with electrical classification
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis

Abstract

Изобретение относится к физике коллоидов и может быть использовано для определения функции распределения коллоидных частиц по размерам. Заявлен способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающий помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1-103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку. Согласно изобретению измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой
Figure 00000003
где E - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа. Технический результат - повышение точности и надежности определения распределения по размерам коллоидных частиц.

Description

Изобретение относится к физике коллоидов и может быть использовано для определения функции распределения коллоидных частиц по размерам.
Существующие методы измерения размеров наночастиц, в том числе и коллоидных [В.А.Волков Коллоидная химия (Поверхностные явления и дисперсные системы). Учебник. МГТУ им. А.Н. Косыгина. М., 2001, 640 с.], в большинстве случаев основаны на явлении динамического рассеяния света (ДРС) (фотонной корреляционной спектроскопии), а именно - на измерении флуктуации интенсивности лазерного излучения, рассеянного коллоидными частицами, совершающими броуновское движение под действием ударов молекул жидкости [B.J. Berne, R. Pecora. Dynamic light scattering with application to chemistry, biology and physics. Dover Publ. Inc. NY (2000); H.G.Merkus. Particle size measurements: fundamentals, practice, quality. Springer Science + Business Media B.V. NY (2009)].
Основным недостатком метода ДРС является то, что для полидисперсных систем вклад малых частиц маскируется вкладом больших частиц. Это связано с тем, что в релеевском пределе, справедливом для субмикронных частиц, вероятность рассеяния света пропорционально 6-й степени их эффективного радиуса [М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М., Наука, 1973]. Поэтому, например, если в растворе содержится 2%-ная фракция больших частиц, радиус которых всего в 2 раза превышает радиус частиц основной 98%-ной фракции, вклад обеих фракций в общую интенсивность рассеянного света будет сравним. Если же радиус малого числа больших частиц в 10 раз превышает радиус частиц основной фракции, то равенство интенсивностей рассеянного света наступает уже при концентрации больших частиц, составляющей 10-6 от концентрации частиц основной фракции.
Известны модификации оптических (включая волноводные) методов определения размеров коллоидных частиц [Патенты РФ №2321840, МПК G01N 15/02, опубл. 03.07.2006; РФ №2351912, МПК G01N 15/02, опубл. 20.11.2007; РФ №2460988, МПК G01N 15/02, G01N 21/51, опубл. 01.06.2011)]. Все они отличаются сложностью и высокой стоимостью приборной базы, необходимостью точной юстировки оптических схем, а в некоторых случаях и использованием эталонных объектов.
Известные способы соответствующих ультразвуковых измерений [РФ №2376581, МПК G01N 15/02, опубл. 09.12.2004] пригодны для определения размеров макрочастиц, но не могут быть применены для систем из субмикронных и наночастиц.
Наиболее близким является способ по заявке РФ №2013115018 (МПК G01N 15/02, опубл. 10.10.2014) авторов настоящего изобретения, согласно которому гидродинамический радиус коллоидных частиц вычисляют из зависимости от коэффициентов вращательной диффузии диспергированных частиц, измерение которого проводят в ячейке, представляющей собой плоский конденсатор, после поляризации раствора.
Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности и точности при нахождении функции распределения коллоидных частиц по размерам без усложнения методики измерения.
Технический результат заключается в разработке простого и недорогого способа измерения распределения размеров частиц, позволяющего с высокой надежностью определять распределение по размерам коллоидных частиц.
Технический результат достигается тем, что в способе измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающем помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1 - 103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку, согласно изобретению измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой
Figure 00000001
где E - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа.
Известно, что коллоидные частицы в воде приобретают постоянный дипольный момент вследствие «прилипания» молекул воды к поверхности коллоидной частицы [Н.А. Толстой, А.А. Спартаков. Электрооптика и магнитооптика дисперсных систем. Изд-во СПбГУ, 1996]. Коллоидный раствор, помещенный в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, между обкладками которого приложено внешнее напряжение, поляризуется под действием внешнего электрического поля: дипольные моменты коллоидных частиц ориентируются преимущественно вдоль поля. После выключения поля начинается процесс диэлектрической релаксации, вызванный тепловой разориентацией дипольных моментов частиц, что приводит к временному изменению диэлектрического отклика системы (коллоидного раствора), измеряемого с помощью RLC-метра или измерителя импеданса.
Измеряется частотная зависимость импеданса Z и угла ϕ сдвига фаз, по которым рассчитываются в автоматическом режиме действительная ε' и мнимая ε'' части диэлектрической проницаемости. Из этих зависимостей с помощью специальной компьютерной программы находится распределение частиц по размерам.

Claims (3)

  1. Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающий помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1-103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку, отличающийся тем, что измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой
  2. Figure 00000002
  3. где Е - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа.
RU2016130365A 2016-07-26 2016-07-26 Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе RU2634096C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130365A RU2634096C1 (ru) 2016-07-26 2016-07-26 Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130365A RU2634096C1 (ru) 2016-07-26 2016-07-26 Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634096C1 true RU2634096C1 (ru) 2017-10-23

Family

ID=60154014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016130365A RU2634096C1 (ru) 2016-07-26 2016-07-26 Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634096C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2678191C1 (ru) * 2018-07-23 2019-01-24 Юрий Иванович Сухарев Способ исследования нанотоковых сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов и устройство для обнаружения таких нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU697899A1 (ru) * 1978-03-27 1979-11-15 Предприятие П/Я В-8584 Измеритель концентрации аэрозоли
US4779003A (en) * 1986-03-25 1988-10-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus for measuring a droplet size distribution based on the scattered light intensity of light applied to the droplets
RU2321840C1 (ru) * 2006-07-03 2008-04-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт Оптико-физических измерений Способ определения параметров частиц, взвешенных в жидкости, по спектрам малоуглового рассеяния света и устройство для его осуществления
RU2346261C1 (ru) * 2007-07-09 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Способ определения параметров дисперсных частиц
RU2351912C1 (ru) * 2007-11-20 2009-04-10 Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук Способ измерения размеров частиц в жидкости и устройство для его осуществления
RU2013115018A (ru) * 2013-04-04 2014-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоСил" Способ измерения распределения размеров коллоидных частиц в водном растворе

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU697899A1 (ru) * 1978-03-27 1979-11-15 Предприятие П/Я В-8584 Измеритель концентрации аэрозоли
US4779003A (en) * 1986-03-25 1988-10-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus for measuring a droplet size distribution based on the scattered light intensity of light applied to the droplets
RU2321840C1 (ru) * 2006-07-03 2008-04-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт Оптико-физических измерений Способ определения параметров частиц, взвешенных в жидкости, по спектрам малоуглового рассеяния света и устройство для его осуществления
RU2346261C1 (ru) * 2007-07-09 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Способ определения параметров дисперсных частиц
RU2351912C1 (ru) * 2007-11-20 2009-04-10 Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук Способ измерения размеров частиц в жидкости и устройство для его осуществления
RU2013115018A (ru) * 2013-04-04 2014-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоСил" Способ измерения распределения размеров коллоидных частиц в водном растворе

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2678191C1 (ru) * 2018-07-23 2019-01-24 Юрий Иванович Сухарев Способ исследования нанотоковых сегнетоэлектрических проявлений гелей оксигидратов d- и f- элементов и устройство для обнаружения таких нанотоковых пульсирующих сегнетоэлектрических проявлений

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stetefeld et al. Dynamic light scattering: a practical guide and applications in biomedical sciences
Dasgupta et al. Microrheology of polyethylene oxide using diffusing wave spectroscopy and single scattering
Xu Progress in nanoparticles characterization: Sizing and zeta potential measurement
Liu et al. Multiangle dynamic light scattering analysis using a modified Chahine method
Xu et al. Unified Mie and fractal scattering by cells and experimental study on application in optical characterization of cellular and subcellular structures
Wishard et al. Dynamic light scattering–an all-purpose guide for the supramolecular chemist
Dillet et al. Size determination by use of two-dimensional Mueller matrices backscattered by optically thick random media
Kulikov et al. Measurement of sizes of colloid particles using dynamic light scattering
Nepomnyashchaya On approximation and experimental accuracy in dynamic light scattering
RU2634096C1 (ru) Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе
US10996159B2 (en) Analysing nano-objects
Takahashi et al. Development of a standard method for nanoparticle sizing by using the angular dependence of dynamic light scattering
Hashim et al. Determination of scattering parameters of polyvinyl alcohol by static laser scattering
Palazzo et al. Diffusion measuring techniques
Wang et al. Fast and economic signal processing technique of laser diode self-mixing interferometry for nanoparticle size measurement
Lu et al. Automatic monitoring and quantitative characterization of sedimentation dynamics for non-homogenous systems based on image profile analysis
Yang et al. Concentration measurement of particles by number fluctuation in dynamic light backscattering
Zhang et al. Stokes parameters polarization scattering properties of optical elements surface of different material
RU2556285C1 (ru) Способ измерения геометрических параметров несферических частиц в жидкости по деполяризованному динамическому рассеянию света и устройство для его осуществления
Hui et al. Dynamic light back-scattering with polarization gating and Fourier spatial filter for particle sizing in concentrated suspension
Zhang et al. Reduction of package-induced error for the composition analysis of in-package liquid products based on transmission spectrum
Zabalueva et al. Method of Laser Cross-correlation Optical Spectroscopy for Investigation of Dispersion Medium
Zhang et al. Light transmission polarization patterns and depolarization from water fog concentration variation
Völker et al. Advanced light scattering techniques
Moguilnaya et al. Monitoring toxicants by stimulated Mandelshtam-Brillouin scattering (SMBS) in a turbulent water flow

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190727