Способ электрофоретического определения дзета-потенциала частиц суспензии Советский патент 1983 года по МПК G01N27/26 

со

00 00

л

оо

Изобретение относится х способу определения электрофоретической подвижности заряженных частиц или их дзета-потенциала и может быть использовано в различных областях техники, где имеют дело с суспензиями частиц; в химии, полиграфии, целлюлозно-бумажной промьаш1енности и т.д.

Известен способ определения дзетапотенциала частиц суспензии, вклю- чающий подачу i постбянного питающего напряжения на электроды ячейки, бсвещение ячейки источником света .и измерение скорости перемеие ия частиц вдоль окулярной сетки микроскопа с последующим расчетом дзетапотенциала по известной зависимости. В способе скорость движения частиц измеряется с помощью секундомера С1.

Однако указанный способ утомителен, так как наблюдение частиц ведется визуально; продолжителен, так как для повышения точности определения проводятся повторные измерения, и не исключен от субъективных ошибок оператора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ электро({ оретического определения дзета-потенциала частиц суспензии, включакядий воздействие на суспензию постоянного электрического поля и измерение скорости движения «астиц с последующим определением искомого параметра по величинам частот допплеровского сигнала.В данном способе в качестве информативног сигнала, пропорционального скорости движения частиц, используют допплеровский сдвиг частоты рассеянного на них света. Автоматическое, получение электрического сигнала, частота которого пропорциональна электрофоретической подвижности частиц, позволяет сократить время измерения и повысить точность за счет исключения субъективных ошибок оператора 2.

Недостатком известного способа с использованием постоянного напряжения является то, что для определения по нему дзета-потенциала с. тре6ye№JM разрешением (например, 1 тВ) при широкой области его определяемых значений (например, 0-50 тВ/ требуется громоздкое устройство, точ ность которого сравнительно невелика

Цель изобретения - повьЕдение точности и упрощение технической реализации способа.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу электрофоретического определения дзета-потенциала частиц суспензии, включающему воздействие на суспензию постоянного электрического поля и измерение скорости движения.частиц с последуняцим опрвделением искомого параметра по величнам частот допплеровского сигнала, на суспензию воздействуют электрическим полем с линейно изменяквдимся напряжением и измеряют его величину а момент фиксации величин частот допллеровского сигнала

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ ; на фиг.2 - зависимость между питающим напряжением и величиной дзетапотенциала.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения ( лазер расщепитель 2, объектив 3, ячейку 4 с электродами 5 И 6, пробоотборник 7, диафрагму 8, объектив 9, диафрагму 10, фотодетектор (фотоэлектроный, умножитель Д1 , предусилитель 12, четыре анализирующих устройства 13-16, блок 17 постоянной памяти, блок 18 измерения температуры, источник 19 питания ячейки (генератор) вычислительный блок 20,

Способ реализуется следующим образом.

Лазер 1 (например Не-Не)генерирует излучение, которое поступает на pacj щепитёль 2, выполненный в виде квадратной пластины из оптического стекла. Пластина одним углом устанавливается посередине падающего пучка, в результате получаем два параллельных пучка одинаковой интенсивности, сечение которых имеет форму полукруга.. Подбор интенсивнрстей осуществляется с помощью поперечного перемещения пластины расщепителя 2. После прохождения через объектив 3 лучи фокусируются на ячейке 4, которая представляет собой, например, стеклянную камеру (40x18x1 мм ), в которой имеется два платинированных элект1рода 5 и б для создания в ячейке 4 электрического поля, направленного вдоль ее большого размера.

Суспензия представляет собой, например, фильтрат бумажной массы, разбавленной до необходимой концентраци Величина необходимой концентрации фильтрата определяется опытным путем с учетом мощности лазера 1 и чувствительности фотодетектора 11, Заполнен Ние ячейки 4 фильтратом происходит из пробоотборника 7 за счет равного уровня. Через 2-Зс необходимых для успокоения жидкости на электрод л 5 и б ячейки 4 генератором 19 прикладывают импульсное линейно возрастающее напряжение, -вызывагадее равноускоренное движение частиц. Амплитуда импульсов генератора возрастает в пределах .Вследствие пересечения лучей в стационарном слое ячейки образуется измерительный объем, пересекая кото1«й частицы рассеивают излучение. Рассеянный частицами свет собирается приемным объективом 9 на поверхности катода фотсдетектора 11„ Диафрагма 6, уста новланна;- перед объективом 9, предо вращает попзлание первичного излучения на фотокатод. Объектив 9 и ,: , диафрагма 10 настраиваются так, что рассеянный свет проход1Ш з основном КЗ измерительного объема. Вследствие фотогетеродинирования на выходе фотодетектора 11 вырабатывается сиг нал с допплеровской частотой д ли нейно связанной со скоростью частиц f-.- sinl-oos-, ft, л 2 где V - скорость движения частиц, 9 угол между нормалями к волновым фронтам пучков град; А - длина волны излучения лазера, мк, Н - угол между seKTOpotJS скорост и норналь к биссектрисе угла 9,град, После фотодетект-ирования и предва рительного г/силения сигнал поступает одновре «нно на -четьфе анализирующих устройства 13-16, в кдторых размещены ускополосные инфранизкочастот ные фильтры {упФ ) квадратичные детек торы (КД), интеграгчоры И).-и компараторы (К ). Выкоды компараторов связаны с управ ляющими входами блока 17 постоянной па 1МЯТИ, выходной сигнал которого поступает на вычислительное устройство 20 Кроме того, на вычислительное устрой ство поступают сигналы с датчика 18 температуры и источника 19 питания ячейки ( генератора ). Измерение температуры производится в электрофоретической ячейке для компенсации погрешности, вызванной тег тературными изменениями, вязкости и диэлектрической постоянной раствора.. При изменении величины питающего напряжения ог U,,- до и„ за счет ускорения частиц происходит смещение частоты допплеровского сигнала В момент совпадения частоты сигнала фотодетектора со средней частотой ПО.ЛОСЫ пропускания одного кз фильтров УПФ амплитуда выкодного сигнала последнего возрастает. Возрастает также сигнал квадратичного Дв тектора и интегратора. Сигнап с ин тегратора подается на один из входов компаратора, собранного иа операционном усилителе, на другой еео выход подается опорное напряжение с делителя (не показан }, При превышении входны д сигналом компаратора порогового значения выходной сиг.Нал изменяет полярность, что служит командой, по которой в вычислительное устройство вводится зиачение амплитуды импульса источника питания ячейки U , напряжение U, пропорциональное температуре, со схемы 18 измерения температуры и величина средней частоты из постоянной па1.«гти канала фильтрации, частота которого совпадает с частотой допплеровского сигнала. При этом рассчитывается величина дэета-потенциаяа . .i JVVM I -U-IT-К У, где и - напряжение питания на ячейке в момеит совпадения частоты допплеровского сигнала с полосой пропускания одного из фильтров В, . f напряжение, пропорциональйое температуре раствора В; коэффициенты пропорциональности. Измерение величины дзета-потенциала при ускоренеом движении частиц имеет свои особенности. Они вытекают из гиперболической зависимости между величиной дзета-потенциала частиц и питающим напряжением, когда частицы имеют зада:нную скорость. Как видно из кривых (фиг.2), от выбранной величины контролируемой скорости зависит диапазон измерения значений дзета- . потенциала при заданном диапазоне изменения питаквдего напряжения. Величина контролируемой скорости, заданная в виде полосы пропускания фильтра, выбирается так, чтобы при вьйранном верхнем пределе изменения питающего напряжения не было ограничения измерений дэега-потенцигша частиц снизу. Одновременный контроль скоростей по нескольким выбранным значениям полос пропускания позволяет расширить диапазон измерения дзета(ютенциала частиц без увеличения рределов изменения питаяадего напря)кения. П р и м е Ра Определение дзетапотенциала частиц бумажной массы. Частицы фильтрата бумажнойiмассы могут иметь величину дзета-потенциала в пределах 0-50 йВ. При изменении напряжения на электродах ячейки 20- . 200 В и контроле частоты допплеровского сигнала фильтрами со средней частотой 0,7 2, 8 к 18 Гц величина дзата-поггенцяала может быть измерена во всем диапазоне. При величине дзата-потенциала суспензии равной 14 мВ частота допплеровского сигнала совпадает со средней частотой фильтра 21, при напряжении О 34,6 В при условии, что температура раствора равна

Si.

СПОСОБ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧ:ЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЗЕТА-ПОТЕНЦИАЛА ЧАСТИЦ СУСПЕНЗИИ, включающий воздействие на суспензию постоянного электрического поля и измерение скорости движения частиц с последующим определением искомого параметра по велию чинам частот допплеровского сигнала, отличающийся тем, что с целью повышения точности и упрощения технической реализации способа, на. суспензию воздействуют электрическим полем с линейно изменяющимся напряжением и измеряют его величину в момент фиксации величин частот допплеровского сигналаt

т

И LJ L I

« I LMM I

Ll.l4«-l..H- ....H.1 I «. „....J

1 Ш L LUDI

«M Wjr

и

тля