SU1017999A1 - Способ измерени межфазного и поверхностного потенциала жидкостей и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ измерени  межфазного и поверхностного потенцисша жидцсостей путем компенсации скачка потенциала в злектрическо л конденсаторе с периодически мен ющейс  емкостью, образованном нэмернтельным злектродом и поверхностью исследуемой провод щей ЖИДКОСТИ, и контрол  компенсации по отсутствию тока, отличающийс  тем, что, с целью повьшеии  точности измерени , дл  периодического измерени  емкости коиденс ора создаиот линейные капилл рные вол- Щ ны при отношении ширины электрода и длины волны А«:0,1-0,5. QD СО СО

Description

2. Устройство дл  осуществлени  способа по П.1, включающее измерительный и вспомогательный электроды , электрически соединенные между собой через потенциометр и нульинструмент , и электродинамический вибратор, питающийс  от генератора синусоидального переменного напр жени  низкой частоты, отличающеес  тем, что в него .введен генератор капилл рных волн/ механически св занный с электродинамическим вибратором, а измерительный электрод установлен неподвижно и перпендикул рно направлению распространени  капилл рных волн.

1

Изобретение относитс  к исследованию физико-химических;межфазных и поверхностных свойств жидкостей, точнее к измерению электрических поверхностных и межфазных потенциалов.

ИзЬестен способ измерени  поверхностного потенциала, основанного на измерении контактной разности потенцалов путем создани  в цепи электрического . тока. Ток, создают ионизи py  непровод щую фазу в пространстве между металлическим измерительным электродом и исследуемой провод щей фазой с помощью радиоактивного вещества С11..

Устройство дл  осуществлени  этог способа содержит измерительный электрод с радиоактивным изотопом и вспомогательный электрод, наход щийс  в провод щей фазе и соединенный с первым электродом через электрометр.

Недостаток этого способа и соответствующего ему устройства заключаетс  в низкой точности измерени , что главным образом св зано с изменени ми скачка потенциала на границе измерительного электрода с окружающей фазой в процессе измерени , а та же с вли нием ионизации на величину измер емого потенциала.

Наиболее .близким к изобретению  н л етс  способ измерени  межфазного и поверхностного потенциала жидкостей путем компенсации скачка потенциала в электрическом конденсаторе с периодически мен ющейс  емкостью, об разованном измерительным электродом и поверхностью исследуемой провод щей жидкости и контрол  компенсации по отсутствию тока. Металлический электрод, наход щийс  в непровод щей фазе, привод т в колебательное движе ние перпендикул рно исследуемой границе раздела фаз. При этом емкость конденсатора, образованного металлическим электродом и исследуемой фазовой границей, периодически мен етс , что приводит к возникновению-переменного тока, пропорционального скачку потенциала в непровод щей фазе . Компенсиру  этот скачок потенци ша/ добиваютс  отсутстви  тока в

цепи. Мен   одну из исследуемых жидкостей или ее свойства, определ ют относительные изменени  поверхностного или межфазного потенциала, равные по абсолютной величине изменени м контактного потенциалаГ2D.

Устройство дл  реализации этого способа содерхшт измерительный и вспомогательный электроды, электрически соединенные между собой через потенциометр и нуль-инструмент, электродинамический вибратор, питающийс  от генератора синусоидального напр жени  низкой частоты.

Однако конвективное движение в непровод щей фазе, возникакнцее в результате колебаний электрода, приво-дит к ускорению физико-химических процессов , дестабилизирующих поверхностный потенциал этого электрода, что существенно понижает точность измерений . Кроме того, этот способ и соответствующее ему устройство характеризуютс  трудно оцениваемыми деформаци ми исследуемой границы, возникающими из-за колебаний электрода и привод щими к сшибкам измерений.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

, Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  межфазного и поверхностного потенциала жидкостей путем компенсации скачка потенциала в электрическом конденсаторе с периодически мен к цейс  емкостью , образованном измерительным электродом и поверхностью исследуемой провод щей жидкости, и контрол  компенсации по отсутствию тока, дл  периодического изменени  емкости конденсатора создают линейные капилл рные волны при отношении ширины электрода и длины волны А 0,1-0,5.

Капилл рные волны представл ют собой одну из форм волнового движени , их характеристики завис т от межфазных или поверхностных свойств жидкостей, однако последние определ ют только соотнесение между частотой и длиной волны ( дисперсионное соотношение), т.е люба  из этих величин может измен тьс  в соответствии

с требовани ми проводимых измерений. Поскольку амплитуда волн мала и источник капилл рных волн располагаетс  на рассто нии от измерительного электрода, то мала  вынужденна  кон .векци  и деформаци  исследуемой.фазоврй границы практически не вли ют на физико-химические свойства исследуемой- границы иповерхности элекрода .

В устройство дл  осуществлени  способа, включающее измерительный и вспомогательный электроды, электрически соединенные между собой через потенциометр и нуль-инструмент, электродинамический вибратор, питающийс  от генератора синусоидального переменного напр жени  низкойчастоты , дополнительно введен генератор капилл рных волн, механически св занный с электродинамическим вибратором , а измерительный электрод установлен неподвижно и перпендикул рно направлению распространени  капилл рных волн.

Если отношение ширины электрода к длине волны больше 0,5, то емкость конденсатора практически не мен етс  и в измерительной цепи не возникает переменный ток. Если это отношение меньше Лпримерно 0,1, то емкость оказываетс  слишком малой генерации тока, достаточного дл  точной компенсации скачка потенциала в непровод щей фазе. . .

Генератором капилл рных волн может служить стекл нна  пластина, рас положенна  перпендикул рно исследуемой фазовой границе и прикрепленна  с помощью твердого стержн  к движущейс  части механического вибратора или тонкий круглый стекл нный стержень , наход щийс  в плоскости исследуемой границы и прикрепленный к твердому стержню перпендикул рно его оси.

На фйг.1 представлена приМципиальна  схема устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа; на фиг.2генсратор капилл рных волн.

В провод щей фазе находитс  вспомогательный хлорсеребр ный электрод В непровод щую фазу у исследуемой границы помещен измерительный электрод 2,.соединенный с потенциометром 3, вспомогательным электродом 1 и нуль-инструментом, состо щим из усилител  переменного тока 4 и осциллографа 5. Линейные капилл рные волны создаютс  перемещающимс  генератором 6, выполненным в виде вертикальной пластинки и привод щимс  в движение электродинамическим вибратором 7, подключенным к генератору переменного тока 8. Электрод 2 представл ет собой пр моугольную медную пластину 2 X 20 мм, наход щуюс  на рассто нии 10-20 мм от генератора 6 и примерно 0,1 мм от исследуемой фазовой границы.

Генератор 9 капилл рных волн (фиг. 2) выполнен в виде стекл нного стержн  диаметром 1 мм с отогнутыми концами, которые приклее ь) к более толстому стержню 10, св занному с подвижной частью электродинамического вибратора 7. Средн   пр ма  ;

часть стекл нного стержн  находитс  в плоскости исследуемой фазовой границы.

Устройство работает следующим об разом .

С помощью генератора 6 или 9 создак тс  линейные капилл рные волны с частотой 60 Гц и длиной волны 5 мм Генератор 6 или 9 волн ориентируетс  параллельно электроду 2, В цепи возникает переменный ток, регистрируй-. мый осциллографом 5. Потенциомет ром 3 компенсируетс  скачок потенциала в непровод щей фазе. В момент компенсации сигнал на осциллографе минимален.

П р и м е р. В измерительную кювету заливают 0,01 М раствор КС1 и над его поверхностью неподвижно устанавливают измерительный электрод Генератор капилл рных волн привод т в соприкосновение с поверхностью раствора КС1 и ориентируют его так, чтобы напрс1вление распространени  капилл рных .волн было перпендикул рно измерительному электроду. Ксиотенсируют контактный потенциал потенциометром , определ   момент компенсации по минимуму тока в измерительной цепи . Компенсационные потенциалы дл  п ти измерений представлены.в первой строке таблицы ,V,). Затем в кювету заливают исследуег ый 1 аствор (о,01 М раствор изоамилового спиртд в 0,01 м КС1 ) и все приведенные операции повтор ют. Результаты измерений представлены во второй строке . таблицы (Vj). Вычисл   разность, определ ют поверхностный потенциал

. , (треть  строка таб . лицы). В 0,01 М КС1, V MB 120,5 121,0 У2/ MB гептан/0,01 М КС1,ХмВ 237 243

Как следует из таблицы, воспроиз водимость результатов измерений поверхностного потенциала раствора изоамилЬвого спирта составл ет i.0,6 MB Посто нное значение потенциала ур .танавливаетс  также за более корот КИЙ срок (2-3 мин).

При опытной проверке производились также измерени  контактного потенциала дл  межфазной границы гептан/0 ,01 М раствор КС1 (V). После того, как измерительна  кювета заполн лась последовательно обеими исследуемыми жидкост ми, воспроизводилась процедура измерений коктактного потенциала, описанна  выше. Как следует из таблицы, воспроизводимость результатов измерений составл ет i 5 мВ, при этом не было обнаружено вли ни  злектрокииетических  влений на измер емый потенциал.

Дл  того, чтобы при распространении капилл рных волн емкость измерительного конденсатора периодически мен лась и в цепи возникал электрический ток, необходимо, чтобы ширина злектрода не превосходила длины волны . В противном случае среднее рассто ние между электродом и межфазной границей не мен етс , емкость конденсатора оказываетс  посто нной и измерени  потенциала невозможны.

Более того, при отношении ширины электрода к длине волны (А), меньшем , но близком к 1 амплитуда колебаний емкости конденсатора еще не достаточно велика, чтобы обеспечить высокую точность метйда. Как показывают результаты опытной проверки, . только при А примерно меньшем 0,5 возможны точные измерени . Таким образом , возникает максимальное значение величины А.

С Другой стороны, поскольку величина тока в цепи определ етс  емкостью измерительного конденсатора, соэПродолжение таблицы

дание положительного эффекта повышение точности измерений) св зано с зтой емкостью, т.е. с помощью конденсатора и рассто нием между, электродом и межфазной границей. Оптимгитьна  длина измерительного электрода и рассто ние до межфазной границы естественным образом определ ютс  -размерги ш кюветы и амплитудой колебаний межфазной границы. Следовательно, ширина электрода оказываетс  параметром , определ ющим чувствительность метода измерений, и поэтому не может быть слишком малой. Поскольку длина механически возбуждаемых капилл рных во;1н мен етс  в достаточно узких пределах ( имеет пор док нескольких миллиметров, то отсюда вытекает минимальное значение А, которое приближенно можно оценить как 0,1.

Любое отклонение положени  .электрода Ьт перпендикул рной ориентации приводит к уменьшению амплитуды колебаний емкости из-за уменьшени  амплитуды колебаний Среднего (по длине электрода )рассто ни  между электродом и межфазной границей и, таким образом , к уменьшению чувствительности устройства. При неподвижном закреплении электрода уменьшаетс  вынужденна  конвекци  и деформаци  исследуемой границы.и, таким образом , уменьшаетс  вли ние физикохимических процессов, дестабилизирую1ЦИХ поверхностный потенциал.

Предложенные способ и устройство позвол ют проводить более точные измерени  межфазного и поверхностного электрического потенциала по сравне- нию с известньши и могут найти применение при оценке чистоты поверхности жидкости, а также в лабораторных исследовани х растворов поверхностно-активных веществ, нерастворимых монослоев, модельных биологических систем. 122,2 121,7 122,0 245 250 234

Claims (2)

1. Способ измерения межфазного и поверхностного потенциала жидкостей путем компенсации скачка потенциала в электрическое конденсаторе с периодически меняющейся емкостью, образованном измерительным электродом и пЬверхностью исследуемой проводящей жидкости, и контроля компенсации по отсутствию тока, отличаюг щ и й ся тем, что, с целью повышения точности измерения, для периодического измерения емкости конденсЛора создают линейные капиллярные вол- g ны при отношении ширины электрода и длины волны А=0,1-0,5.

_666П0_Т™>-П5

2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее измерительный и вспомогательный электроды, электрически соединенные между собой через потенциометр и нульинструмент, и электродинамический вибратор, питающийся от генератора синусоидального переменного напряжения низкой частоты, отличающееся тем, что в него .введен генератор капиллярных волн/ механически связанный с электродинамическим вибратором, а измерительный электрод установлен неподвижно и перпендикулярно направлению распространения капиллярных волн.