Способ определения электрокинетического потенциала коллоидных частиц Советский патент 1991 года по МПК G01N21/64 

Иэобретение касается исследования жидких дисперсных систем и может быть использовано в химической технологии, а также при исследовании суспензий микроорганизмов и клеток, частиц загрязнений в маслах 3 топливе и т.п,, т.е. для микрогетерогенных систем с размерами частиц 0,1 - 10 мкм.

.Цель изобретения - повышение точности определения электрокинетического потенциала путем увеличения числа циклов измерений и сокращения дрейфовой длины коллоидных частиц.

На фиг.1 показана блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - временные соотношения сигналов в устройстве.

Электрокинетический потенциал определяют по измерениям электрофоретиче- ской подвижности частиц при их движении в электрическом поле.

Элементарная теория способа сводится к следующим соотношениям.

В установившемся электрофорезе выполняется равенство движущей сферические частицы силы и силы сопротивления среды, т.е.

о ел

оо

о

Јь N9

qE 67r ЈV,

где q - заряд частицы;

Е - напряженность поля в межэлектродном промежутке;

г - радиус сферической частицы

Ъ - динамическая вязкость среды;

V - скорость движения частицы. Если далее определить Е из соотношения (закон Ома) j (Gi - удельная объемная проводимость суспензии, j - плотность тока между электродами), а V - из соотношения V 1/Топг/2) (1 - расстояние между электродами, Т опт - период напряжения между электродами, соответствующий перемещению частицы от электрода до электрода), то можно записать

10

3«, 3JL&OL115 ,

476lE0r EpfoJ

где б диэлектрическая проницаемость среды;

25

бс - электрическая постоянная,

6 8,85 В общем случае

,|0 гФ-м,

с- Ср(Ј

Устройство для реализации способа включает в себя кварцевую кювету 1, сетчатые электроды 2, источник 3 света, возбуждающего флуоресценцию,входное 4 и выходное 5 г окна кюветы, диафрагму 6 фотометрической системы, фотоприемник 7, усилитель .8 сигнала флуоресценции, генератор 9 импульеческая проницаемость(растворителя, для воды Јр 80, Јр - потери в растворителе, Јj («$,) - потерн за счет растворенного электролита) и, кроме того, (Ci)f0) 6р При

подстановке & W60Ј, СО 2 n FOT1T

и f

35

получают соот10

If J ib w , rj J % уО Л

+ Јэ) ( 6p - дисперсионная диэлектри- ПОГО напряжения меняющейся частоты,

блок 10 фиксации частоты F0nr, формирователь 11 импульса строба и измеритель 12 частоты. На фиг.2 приняты обозначения: а - знакопеременное напряжение, подаваемое на электроды кюлеты; б - сигнал флуоресценции; в - импульс строба.

Для окрашивания суспензии используют 1-аниличпафталнн-8-сульфонат (АИС), флуоресценция которого возношение ,буждается при длине волны 365 нм.

Флуоресценция измеряется при длине иолиы 510 нм„

Способ осуществляют следующим образом.

Кварцевая кювета 1 с сетчатыми электродами 2 служит для помещения предварительно окрашенной суспензии кото- ,.„ коллоидных частиц. Свет, возбуждающий флуоресценцию, попадает в кювету от источника 3 через входное окно 4 кюветы 1„ Сигнал флуоресценции через выходное окно 5 кюветы 1 и диафрагму 6 фотометрической системы падает . на фотоприемник 1 и усиливается усилителем 8 сигнала

I

V

5 J

которое при заданных , 1, j и тан45

генсе угла потерь

л Сэ cgi -«--,

50

рые могут считаться константами, определяет электрокинетическин потенциал как функцию единственного параметра - частоты переключений направления поля между электродами FonT , соответствующей при каждом направле55

1С530Д24

нал частота Fottr соответствует максимальному сигналу флуоресценции, так как концентрация частиц дисперсной фазы в апертуре фотометрической системы при этом максимальная, а по времени получение максимального сиг

нала соответствует TQrtr /4 для каждого из направлений электрического поля. Для расчета электрокинетического потенциала требуются значения V , I J tg$. Причем первые три параметра задаются конструкцией ячейки и условиями проведения способа, а значения eg а должны быть заданы в виде частотной зависимости для каждой используемой дисперсионной среды. В целом соотношение для Ј соответствует случаю Низких частот и слабых полей, т.е сохранению двойного электрического слоя у поверхности частицы при ее движении.

Устройство для реализации способа включает в себя кварцевую кювету 1, сетчатые электроды 2, источник 3 света, возбуждающего флуоресценцию,входное 4 и выходное 5 г окна кюветы, диафрагму 6 фотометрической системы, фотоприемник 7, усилитель .8 сигнала флуоресценции, генератор 9 импулье

ПОГО напряжения меняющейся частоты,

Изобретение касается исследования жидких дисперсных систем и может использоваться в химической технологии, при исследовании суспензий микроорганизмов и клеток, загрязнений в маслах, топливах и т.п. Цель изобретения - повышение точности определения электрокинетического потенциала путем увеличения числа циклов измерений и сокращения дрейфовой длины коллоидных частиц. Способ включает окрашивание суспензии частиц флуоресцирующим красителем, помещение окрашенной суспензии частиц между плоскопараллельными электродами оптической ячейки, на которые подается напряжение, и измерение фцуоре- сценции окрашенной суспензии частиц. Цель достигается путем подачи на электроды знакопеременного импульсного напряжения меняющейся частоты и определения по максимуму измерен- чон флуоресценции оптимального значения частоты, по которой и определяют электрокинетический потенциал. 2 шт. (Л С

нии поля прохождению частицы от электрода до электрода При этом оптимальфупоресценции,, Знакопеременное напряжение на электроды подается от re- I

нератора 9 импульсного напряжения меняющейся частоты. Блок 10 фиксации частоты FonT управляется сигналом от формирователя 11, а измеритель 12 частоты индуцирует значение

Приготовляют пробу объемом 3 мл суспензии частиц. К пробе добавляют раствор АНС в количестве, соответствующем конечной концентрации 2 х х . Кювету с пробой помещают в кюветный узел фпуориметра. На электроды кюветы подают знакопеременное напряжение от генератора 9 амплитудой, равной ±200 В, При этом ток между электродами равен -3 мА, плотность тока 10 А.м

-г

а равновесный 0,1РС.

нагрев кюветы не превышает

Частоту измеряют в трех диапазонах:

F 0,1-1,0 Гц ступенями &F 0,01 Г

F 1-10 Гц ступенями &F 0,1 Гц;

F 10-100 Гц ступенями &F 1 Гц,

т.е. с ошибкой 1%. Вычисление f по

известной частоте FonT сводится к

умножению на постоянный множитель

cgS/j.

Проведение электрофореза в знакопеременном электрическом поле позволяет сократить дрейфовую лину, так как к моменту подачи очередного импульса напряжения, частота кото

рого равна Forrr , граница окрашивания сформирована, поскольку все частицы располагаются вблизи электрода и старт их по направлению к противоположному электроду происходит одновременно. Сокращение.дрейфовой длины позволяет исключить влияние тепловой конвекции. Измерение частоты знакопеременного поля автоматически усредняет неточности остальных параметров, определяющих способ, на

пример флуктуации плотности тока, поскольку сама частота есть среднее число электрофоретических пере- мещений частиц за единицу времени. Следовательно, использование знакопеременного поля и измерение его частоты эквивалентно серии последовательных электрофоретических экс- периментов с автоматическим усреднением их результатов, что обеспечивает повышение точности определения электрокинетического потенциала.

Формула изобретения

Способ определения электрокинетического потенциала коллоидных частиц, включающий окрашивание суспензии частиц флуоресцирующим красителем, помещение окрашенной суспензии

частиц между плоскопараллельными электродами электрооптической ячейки, подачу на плоскопараллельные

электроды электрооптической ячейки напряжения и измерение интенсивности флуоресценции окрашенной суспензии частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения точности опре- деления электрокинетического потенциала путем увеличения числа циклов измерений и сокращения дрейфовой длины коллоидных частиц, на плоскопараллельные электроды электрооптической ячейки подают знакопеременное импульсное напряжение меняющейся частоты, по максимуму измеренной интенсивности флуоресценции определяют оптимальную частоту знакопеременного импульсного напряжения и по этой частоте определяют электрокинетический потенциал.

Фиг.1