RU2765258C1 - Устройство для измерения дзета-потенциала - Google Patents
Устройство для измерения дзета-потенциала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765258C1 RU2765258C1 RU2021102777A RU2021102777A RU2765258C1 RU 2765258 C1 RU2765258 C1 RU 2765258C1 RU 2021102777 A RU2021102777 A RU 2021102777A RU 2021102777 A RU2021102777 A RU 2021102777A RU 2765258 C1 RU2765258 C1 RU 2765258C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zeta potential
- measuring
- electrodes
- light
- analyzer unit
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 9
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 abstract description 16
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
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
- G01N15/04—Investigating sedimentation of particle suspensions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа электрофоретической подвижности дисперсных частиц и определения дзета-потенциала коллоидных систем. Устройство для измерения дзета-потенциала содержит осветительный лазер, блок анализатора размеров дисперсных частиц, измерительную ячейку, при этом измерительная ячейка выполнена выносной с возможностью погружения в исследуемую жидкость, при этом измерительная ячейка включает первый и второй электроды, размещённые в корпусе ячейки, выполненные с возможностью обеспечения доступа исследуемой жидкости в пространство между электродами, оптическую систему, состоящую из двух одномодовых оптических волокон, короткофокусной коллимирующей линзы, фокусирующей свет лазера от первого оптического волокна в область между электродами и установленного под углом зеркала, направляющего собранный рассеянный частицами свет через призму и собирающую линзу во второе оптическое волокно, которое обеспечивает передачу этого света в блок анализатора. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора дзета-потенциала. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа электрофоретической подвижности дисперсных частиц и определения дзета-потенциала коллоидных систем, который характеризует их устойчивость.
Знание дзета-потенциала дисперсных систем важно для понимания их физико-химических свойств как при проведении научных исследований, так и при промышленном производстве различных дисперсных систем для оптимизации их технологии, потребительских свойств и обеспечения долговременной стабильности характеристик.
Известно техническое решение по патенту US 8573404 (B2) (опубликован 05.11.2013), в котором измерение дзета-потенциала производится в специальном канале, имеющем входное и выходное отверстие, в котором находится изучаемая суспензия.
Недостатком технического решения является то, что измерения дзета-потенциала можно проводить только в специальном канале, заполненном исследуемой жидкостью, и этот канал обязательно должен быть установлен внутрь устройства. А также то, что отсутствует возможность дистанционного измерения дзета-потенциала с использованием выносного сенсора, который можно погружать в нужный объем жидкости, например, в цистерну, бак, химический или биохимический реактор и другие технологические емкости для непрерывного оперативного контроля дзета-потенциала продуктов производства.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора дзета-потенциала, за счет обеспечения возможности измерения дзета-потенциала в объеме жидкости, находящейся вне прибора.
Технический результат достигается в устройстве, содержащем осветительный лазер, блок анализатора размеров дисперсных частиц, измерительную ячейку, выполненную выносной с возможностью погружения в исследуемую жидкость, при этом в ячейке обеспечены электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости в ограниченном объеме, освещение этого объема лазерным светом, и вывод рассеянного в этом объеме света на анализатор размера дисперсных частиц, причем подвод освещающего света к измерительной ячейке и вывод рассеянного света из измерительной ячейки осуществляется с помощью оптической системы исключающей рассеяние света вне указанного объема.
Предпочтительно выполнение оптической системы в виде двух оптических волокон.
Предпочтительно выполнение оптических волокон одномодовыми, обеспечивающими сохранение поляризации света при прохождении света от осветительного лазера.
Предпочтительно выполнение измерительной ячейки с первым электродом и вторым электродом, при этом электроды размещены в корпусе ячейки, выполненном с возможностью обеспечения доступа исследуемой жидкости в пространство между электродами, а на электроды подано напряжение, обеспечивающее электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости в пространстве между электродами, заполненном исследуемой жидкостью.
Предпочтительно обеспечение подачи на электроды знакопеременного напряжения.
Предпочтительно выполнение электродов плоскопараллельными.
Предпочтительно обеспечение подачи на электроды знакопеременного напряжения с помощью проводов от блока анализатора размеров дисперсных частиц.
Предпочтительно выполнение измерительной ячейки с короткофокусной коллимирующей линзой, обеспечивающей фокусировку света в область между электродами, в которой осуществлено электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости.
Предпочтительно выполнение измерительной ячейки с зеркалом, установленным под углом, выполненным с возможностью сбора рассеянного света, и направления его через призму и собирающую линзу в оптическое волокно, обеспечивающее передачу этого света в блок анализатора размеров дисперсных частиц.
В одном из вариантов исполнения блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с термостабилизированным диодным лазером, с фотоприемником, выполненным с возможностью работы в режиме счета фотонов, а также с блоком контроля и блоком расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала.
В одном из вариантов исполнения блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с пьезоэлектрическим модулятором опорного пучка осветительного лазера, причем опорный пучок получается с помощью отражения от оптической плоскопараллельной пластинки и направлен на входное окно фотоприемника.
Изобретение иллюстрируется на фигурах.
На фиг.1 изображена схема выносной измерительной ячейки. Где 1 - падающий свет, 2 - сохраняющий поляризацию оптическое волокно падающего света, 3 - фокусирующая линза падающего света, 4 - рассеянный свет, 5 - зеркало рассеянного света для формирования требуемой схемы рассеяния света, 6 - призма рассеянного света, 7 - фокусирующая линза рассеянного света, 8 - оптическое волокно рассеянного света, 9 и 10 - два плоскопараллельных электрода для создания электрического поля в исследуемом объеме, 11 и 12 - два электрических вывода электродов, 13 - корпус сенсора с доступом исследуемой жидкости в пространство между электродами.
На фиг.2 показана оптико-электронная блок-схема подключения измерительной ячейки для измерения дзета-потенциала в коллоидных жидкостях. 14 - осветительный лазер, 15 - пьезоэлектрический модулятор, 16 - фотоприемник, 17 - блок контроля, 18 - блок расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала, 19 - измерительная ячейка, 20 - блок анализатора размеров дисперсных частиц, 21 - опорный луч, 22 - оптическая плоскопараллельная пластина, 23 - выходной луч осветительного лазера.
Изобретение может быть реализовано в устройстве, в котором к погружной измерительной ячейке 19 подведен свет 1 от осветительного лазера 14 с помощью сохраняющего поляризацию одмодового оптического волокна 2, который коллимирован с помощью короткофокусной линзы 3 в исследуемую область между двумя плоскопараллельными электродами 9 и 10. На электроды 9 и 10 по двум проводам 11 и 12 подано знакопеременное напряжение. Свет 4, рассеянный на движущихся в исследуемой области частицах, под заданным с помощью зеркала 5 углом через призму 6 с помощью линзы 7 подан в оптическое волокно рассеянного света 8. Оптические волокна 2 и 8 подключены к блоку анализатора размеров дисперсных частиц 20 с помощью двух одномодовых оптических коннекторов, соответственно, 2 к термостабилизированному диодному лазеру 14, а 8 к фотоприемнику 16, работающему в режиме счета фотонов. Рассеянный свет 4 по оптическому волокну 8 подан на входное окно фотоприемника 16. Кроме того на это входное окно фотоприемника 16 подан опорный луч 21. Опорный луч 21 получен отражением небольшой части света от осветительного лазера 14 с помощью оптической плоскопараллельной пластины 22. Опорный луч 21 лазера 14 модулирован по частоте с помощью пьезоэлектрического модулятора 15. Модулирующая частота подается на модулятор 15 от блока контроля. Выход фотоприемника 16 подключен к блоку расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала 18.
Устройство работает следующим образом. К погружной измерительной ячейке 19 подводят свет 1 от осветительного лазера 14 с помощью сохраняющего поляризацию одмодового оптического волокна 2, который коллимируют с помощью короткофокусной линзы 3 в исследуемую область между двумя плоскопараллельными электродами 9 и 10. На электроды 9 и 10 по двум проводам 11 и 12 подают знакопеременное напряжение. В электрическом поле между электродами 9 и 10 заряженные дисперсные частицы двигаются со скоростью, пропорциональной их заряду. Свет 4, рассеянный на этих движущихся частицах, под заданным с помощью зеркала 5 углом через призму 6 с помощью линзы 7 направляют в оптическое волокно рассеянного света 8. Оптические волокна 2 и 8 требуемой длины подключают к блоку анализатора размеров дисперсных частиц 20 с помощью двух одномодовых оптических коннекторов, соответственно, 2 к термостабилизированному диодному лазеру 14, а 8 к фотоприемнику 16, работающему в режиме счета фотонов. Частота света при рассеивании сдвигается относительно частоты падающего света на допплеровскую частоту, пропорциональную скорости движения частиц в электрическом поле. Рассеянный свет 4 по оптическому волокну 8 направляется на входное окно фотоприемника 16. Кроме того, на это входное окно фотоприемника 16 подают опорный луч 21. Опорный луч 21 получают отражением небольшой части света от осветительного лазера 14 с помощью оптической плоскопараллельной пластины 22. С целью уменьшения низкочастотных шумов и определения знака измеряемой допплеровской скорости (и соответственно, знака заряда частиц) опорный луч 21 лазера 14 модулируют по частоте с помощью пьезоэлектрического модулятора 15. Модулирующую частоту подают на модулятор 15 от блока контроля. Сигнал с выхода фотоприемника 16 подают в блок расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала 18, где осуществляется селективное измерение сигнала с фазовым детектированием на частоте модуляции, за счет чего избавляются от низкочастотных шумов и определяют направление (знак) измеряемой допплеровской скорости.
Программа управления прибором позволяет задавать различные по форме и амплитуде сигналы, подаваемые на электроды сенсора, что позволяет оптимизировать режимы измерения дзета-потенциала в зависимости от свойств анализируемой коллоидной системы и поставленных задач исследования.
За счет использования выносной погружной измерительной ячейки обеспечивается возможность измерения дзета-потенциала в объеме жидкости, находящейся вне прибора, при этом расширяются функциональные возможности анализатора дзета-потенциала и, таким образом, реализуется технический результат изобретения.
Claims (7)
1. Устройство для измерения дзета-потенциала, содержащее осветительный лазер, блок анализатора размеров дисперсных частиц, измерительную ячейку, отличающееся тем, что измерительная ячейка выполнена выносной с возможностью погружения в исследуемую жидкость, при этом измерительная ячейка включает первый и второй электроды, размещённые в корпусе ячейки, выполненные с возможностью обеспечения доступа исследуемой жидкости в пространство между электродами, оптическую систему, состоящую из двух одномодовых оптических волокон, короткофокусной коллимирующей линзы, фокусирующей свет лазера от первого оптического волокна в область между электродами и установленного под углом зеркала, направляющего собранный рассеянный частицами свет через призму и собирающую линзу во второе оптическое волокно, которое обеспечивает передачу этого света в блок анализатора.
2. Устройство для измерения дзета-потенциала по п.1, отличающееся тем, что на электроды подано напряжение, обеспечивающее электрофоретическое движение дисперсных частиц исследуемой жидкости в пространстве между электродами, заполненном исследуемой жидкостью.
3. Устройство для измерения дзета-потенциала по п.2, отличающееся тем, что на электроды подано знакопеременное напряжение.
4. Устройство для измерения дзета-потенциала по п.2, отличающееся тем, что электроды выполнены плоскопараллельными.
5. Устройство для измерения дзета-потенциала по пп.2-4, отличающееся тем, что напряжение на электроды подано с помощью проводов от блока анализатора размеров дисперсных частиц.
6. Устройство для измерения дзета-потенциала по пп.1-5, отличающееся тем, что блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с термостабилизированным диодным лазером, с фотоприемником, выполненным с возможностью работы в режиме счета фотонов, а также с блоком контроля и блоком расчета электрофоретической подвижности и дзета-потенциала.
7. Устройство для измерения дзета-потенциала по пп.1-7, отличающееся тем, что блок анализатора размеров дисперсных частиц выполнен с пьезоэлектрическим модулятором опорного пучка осветительного лазера, причем опорный пучок получается с помощью отражения от оптической плоскопараллельной пластинки и направлен на входное окно фотоприемника.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102777A RU2765258C1 (ru) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Устройство для измерения дзета-потенциала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102777A RU2765258C1 (ru) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Устройство для измерения дзета-потенциала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2765258C1 true RU2765258C1 (ru) | 2022-01-27 |
Family
ID=80445461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102777A RU2765258C1 (ru) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Устройство для измерения дзета-потенциала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2765258C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA45077A (uk) * | 2001-04-27 | 2002-03-15 | Таврійська Державна Агротехнічна Академія | Спосіб вимірювання швидкості, дзета-потенціалу і розмірів частинки |
| UA45594U (ru) * | 2009-09-07 | 2009-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Ак Киевводоканал" | Устройство для анализа воды |
| RU2415399C1 (ru) * | 2010-02-27 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Устройство для анализа воды |
| US8573404B2 (en) * | 2009-12-17 | 2013-11-05 | Malvern Instruments, Ltd. | Continuous particle and macro-molecular zeta potential measurements using field flow fractionation combined micro-electrophoresis |
-
2021
- 2021-02-05 RU RU2021102777A patent/RU2765258C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA45077A (uk) * | 2001-04-27 | 2002-03-15 | Таврійська Державна Агротехнічна Академія | Спосіб вимірювання швидкості, дзета-потенціалу і розмірів частинки |
| UA45594U (ru) * | 2009-09-07 | 2009-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Ак Киевводоканал" | Устройство для анализа воды |
| US8573404B2 (en) * | 2009-12-17 | 2013-11-05 | Malvern Instruments, Ltd. | Continuous particle and macro-molecular zeta potential measurements using field flow fractionation combined micro-electrophoresis |
| RU2415399C1 (ru) * | 2010-02-27 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Устройство для анализа воды |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4910402A (en) | Apparatus and method for measuring a property of a liquid | |
| EP2365327B1 (en) | Method and apparatus to measure the electrophoretic mobility of particles in solution | |
| US7130060B2 (en) | Refractive index determination by micro interferometric reflection detection | |
| CN101371129B (zh) | 表面等离子体共振传感器以及利用其检测样品的方法 | |
| US4648715A (en) | Electrophoretic light scattering with plural reference beams, apparatus and method | |
| US7295311B2 (en) | Methods and apparatus for electrophoretic mobility determination using phase light scattering analysis | |
| US6887359B2 (en) | Chemical micro-sensor | |
| US4886360A (en) | Method and apparatus for particle analysis | |
| EP1535048B1 (en) | Refractive index determination by micro interferometric reflection detection | |
| RU2765258C1 (ru) | Устройство для измерения дзета-потенциала | |
| Savchenko et al. | Determination of electrophoretic mobilities by DLS: homodyne vs heterodyne setup | |
| EP3130913B1 (en) | Measurement instrument of optical characteristics for sample flowing in passage | |
| CN103293127A (zh) | 基于soi的多狭缝光波导光栅fp腔光学生化传感芯片 | |
| Garcı̀a-Valenzuela et al. | Dynamic reflectometry near the critical angle for high-resolution sensing of the index of refraction | |
| US20110037980A1 (en) | Method and apparatus for measuring zeta potential of suspended particles | |
| US9465006B2 (en) | Modulator monitoring during measuring electromobility | |
| WO2017098308A1 (en) | Method of measurement and apparatus for measurement of amplitude ratio of two first harmonics of the signal obtained from sagnac system | |
| RU118054U1 (ru) | Спектрометр динамического рассеяния света | |
| CN203324183U (zh) | 基于狭缝光波导外延型光栅fp腔光学生化传感芯片 | |
| JPS6166150A (ja) | 免疫反応測定方法 | |
| RU2150707C1 (ru) | Способ измерения скорости и перемещения исследуемой среды | |
| RU2668323C1 (ru) | Способ определения загрязненности жидких и газообразных сред и устройство для его реализации | |
| SU1208496A1 (ru) | Способ измерени размера частиц и устройство дл его осуществлени | |
| SU1038868A1 (ru) | Способ электрофоретического определени дзета-потенциала частиц суспензии | |
| Webb et al. | A novel interferometric liquid refractometer |