Дзетаметр Советский патент 1980 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к приборам для измерения дзетапотенциала микроэлектрофорезом и может быть использовано при обогащении полезных ископаемых, исследовании почв, в коллоидной химии, медицине, а также при очистке природных и сточ ных вод. Известен прибор для измерения дзетапотёнциала микроэлектрофорезом, включающий в себя электрофоре тическую ячейку, состоящую из двух камер с электродами, соединенных прозрачной измерительной трубкой, устройства для заполнения ячейки пробой и слива пробы, источник электрического тока, микроскоп с горизонтальной оптической осью,сов мещенной с оптической осью осветителя, устройство для измерения удельной электропроводности пробы и секундомер. Дзетапотенциал этим прибором определяется путем измере ния скорости движения частиц в электрическом поле. Заряженные час тицы движутся в измерительной труб ке к электроду, имеющему потенциал противоположного знака. Скорость движения частиц находится в прямой зависимости от величины их поверхностного потенциала и потенциала, приложенного к электродам электрофоретической ячейки, Микроскоп сфокусирован Е освещенную полость измерительной трубки и в его поле видны движущиеся частицы. Измеряя секундомером время движения частиц в поле микроскопа между линиями окулярной сетки, определяют скорость ее электрофоретического движения и по известным формулам определяют величину дзетопотенциала (1. Недостатками этого прибора являются отсутствие прямой индикации величины дзетапотёнциала, осуществление процесса измерения вручную, длительность измерения и возможность субъективных ошибок. ИЕэестен дзетаметр, включающий в себя электрофоретическую ячейку, состоящую из двух с электродами, соединенных прозрачной трубкой, источник постоянного тока, соединенный через контакты с электродами, микроскоп с осветителем, решеткумодулятор, фотоэлектрический детектор, соединенный с усилителем, и электронно-вычислительное устройство, В этом приборе дзетапотенциап определяется измерением электрофоретичёской скорости частиц. Свет изображения движущихся в электрическом поле частиц, проходя от микроскопа через решетку-модулятор, в виде световых импульсов попадает на фотоэлектрический детектор, преобразующий световые импульсы в электричесkHe, Усиленные электронным усилителем импульсы попадают на вход электipOHHO-вычислительного устройства, которое по частоте импульсов опрепеляет дэетапотенциал отдельных частиц, взвешенных в пробе 2,

Недостатками этого прибора являются измерение дзетапотенциала отдельных частиц взвеси суспензий ма-. лой концентрации, сложность прибора, обусловленная применением неонового лазера в качестве осветителя.

Цель изобретения - расширение диапазона |1змеряемых концентраций суспензий при измерении дзетапотенциала и-упрощение конструкции дзетаметра,

Это достигается тем, что дзетаметр снабжен измерителем средней ско рости течения пробы, соединенным с одной из камер электрофоретической ячейки, выполненным в виде мерной емкости с дополнительным электродом и сливного патрубка, програмлюым блоком, соединенным с электродами, микроскопом, фотоэлектричесКИМ детектором, усилителем и электронно-вычислительным устройством, а также тем, что в качестве осветителя используют галогенную лампу :Накаливания.

На чертеже изображена функцио-. нальная схема дзетаметра.

Дзетаметр содержит электрофоретическую ячейку 1, включающую в себя две камеры 2 с электродами 3, соединенные прозрачной трубкой 4, устройство заправки пробой, состоящее из сосуда 5 с пробой, соединенного через электромагнитный клапан б с одной из камер, устройство смены пробы, состоящее из сосуда 7 сбора пробы, соединенного через электромагнитный клапан 8 с той же камерой, Дзетаметр содержит также, измеритель средней скорости, содержащий мерную емкость 10 с электродом 11 и сливной патрубок 12, источник 13 постоянного электрического тока, соединенн с устройствами дзетаметра, микроскоп 14 с осветителем 15 (галоreHitaH лампа накаливания) , объективы которых сфокусированы внутрь прозрачной трубки, решетку-модулятор 16, установленную на пути прохождения света от микроскопа к фотоэлектрическому детектору 17 усилитель 1.8, вход которого соединен с фотоэлектрическим детектором, а выход включен на вход электронно-вычислиГельного устройства 19, программное устройство 20, содержащее элементы

включения и отключения устройств дзетаметра.

Дзетаметр работает следующим образом.

Программное устройство 20 автоматически включает клапан б, из сосуда 5 проба через камеры 2 и трубу 4 поступает в мерную емкость 10, клапан закрывается, излишек пробы из емкости 10 сливается через патрубок 12. Открывается клапан 8, проба из емкости 10 через камеры 2 трубку 4 и клапан 8 сливается в емкость 7,

При движении пробы в трубке 4 свет, отраженный от взвешенных в пробе частиц, проходит через микроскоп 14, решетку-модулятор 16 и попадает на фотодетектор 17 в виде световых импульсов, частота которых пропорциональна скорости движения частиц. Фотодетектор 17 преобразует световые импульсы в электрические, которые после усиления усилителем 18 поступают на вход электронно-вычислительного устройства, которое считает и запоминает количество импульсов и запоминает время счета за интервал времени с момента включения клапана 8 до момента, когда уровень пробы в емкости 10 не опустится ниже электрода 11. При этом электролитическая цепь между электродами, 3 и 11 прерывается и программное устройство 20 выдает сигнал на прекращение счета импульсов и времени их счета. Клапан 8 закрывается, на электроды 3 подается напряжение от источника 13 постоянного тока, одновременно включается электронно-вычислительное устройство 19. В трубке 4 взвешенные частицы приходят в электрофоретическое движение со скоростью, пропорциональной величине ихэлектрического заряда и величине потенциала на электродах 3.Устройство 19 считает и запоминает число импульсов при электрофоретическом движении частиц за время,равное времени счета импульсов при движении частиц со средней скоростью.Таким образом в устройстве 1 формируется результат счета импульсов и время счета импульсов.По этим данным устройство 19 выдает величину дзетапотенциала ,

- Л-кл-Ч-ъоо по

ее 3(D

5Б Ф где П - вязкость воды;

g - расстояние между электродами 3 ;

ё - диэлектрическая постоянная воды;

Е - потенциал на электродах 3 - электрофоретическая скоэф

рость частиц.

Коэффициент К определяется из известной формулы Смолуховского, 4ffnb-boQ ,, (2) О ) где электрофоретическая скорость УЭФ определяется применительно к схеме предлагаемого дзетгшетра из выргикения где ЧИСУ1О импульсов, сосчитан . ное ЭВУ за время при средней скорости течения проба Vcp; п - число импульсов, сосчитан ное за время Т при электр форетическом движении час тиц . Средняя скорость течения пробы в трубке 4 Vgp находится по формуле qj st . где V - объем мерной емкости 10; S - площадь сечения отверстия в трубке 4, Из выражений (4) и (3) получаем После подстановки выражения (5) выражение (2) имеем 41СГ1е-ьоо /Пэф Est;n. Коэффициент К при этом равен 41gl1g-ac o t(7) ЕЕв Из (6) и (7) после подстановки получается элементарное управление 1 f запрограммированное в электронно-вычислительном устройст ве 19. Предложенный дзетЕшетр по сравн нию с известным обеспечивает измер ние среднего значения дзетапотенци ла дисперсной фазы суспензий в широком диапазоне концентраций. Формула - изобретения 1. Дзетаметр, содержащий электрофоретическую ячейку, состоящую из двух KetMep с электродами, соединенных прозрачной трубкой, источник постоянного тока, соединенный через контакты с электродами, микроскоп с осветителем, ретиетку-модулятор, фотоэлектрический детектор, соединен;НЫй с усилителем и электронно-вы:числительное устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых концентраций суспензий при измерении дзетапотенциала и упрощения конст;рукции, дзетаметр сйабжен измерителем средней.скорости течения пробы, соединенным с одной из камер электрофоретической ячейки, выполненным в виде мерной емкости с дополнительным электродом и сливного патрубка. 2.Дзетаметр по п.1, о т л и чающийся тем, что, с целью ускорения измерения, он снабжен программным блоком, соединен11ым с электродами, микроскопом, фотоэлектрическим детектором, усилителем и электронно-вычислительным устройством. 3.Дзетаметр по п. 2, отличающийся тем, что в качестве осветителя используют галогенную лампу накаливания. iИсточники информации, принятые во вн.мание при экспертизе 1.Описание работы дзетаметра фирмы - ОПТОН . 2.Патент США №3793180, кл. G01 N 27/26, опублик.,19.02.1974, (прототип).