ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ультрацентрифуга и ее применение для дисперсионного анализа из "Курс коллоидной химии" Наблюдение за скоростью седиментации в суспензиях, т. е. в дисперсных системах с достаточно большими частицами, обладающих практически полной кинетической -неустойчивостью, позволяет сравнительно легко и удобно определять размер частиц. Применяющиеся при этом методы получили название методов се-дйментационного анализа. [c.73] Рассмотрим, как оседает в жидкости отдельная частица такой суспензии. [c.73] Согласно уравнению (П1,40) скорость седиментации частицы прямо пропорциональна квадрату радиуса (или диаметра) частицы, обратно пропорциональна вязкости среды и зависит от разности р— Ро так, что при р Ро происходит оседание, а при р Ро (например, суспензия парафина в воде) всплывание частиц—обратная седиментация. [c.73] К частицам радиусом больше 100 мкм, в обычных условиях оседающим ускоренно, и к частицам радиусом меньше 0,1 мкм, содержащимся в кинетически устойчивых системах, уравнение (П1,39) неприложимо. Поэтому обычный седиментационный анализ в этом случае непригоден. [c.74] Рассмотрим теперь седиментацию дисперсных систем, состоящих из множества частиц. При этом примем, что частицы в таких суспензиях оседают совершенно независимо друг от друга.. [c.74] По уравнению (П1, 43) легко вычислить радиус частиц суспензии по результатам наблюдения за ее оседанием визуально. Скорость седиментации монодисперсной суспензии можно определить, наблюдая за оседанием какой-нибудь одной из ее частиц в микроскоп. [c.74] При отстаивании полидиснерсной суспензии в отличие от монодисперсной граница оседающего слоя оказывается размытой, так как частицы, имеющие различные радиусы, проходят за одно и то же время различные пути. Поэтому седиментационный анализ полидиснерсной системы сводится к определению скорости накопления осадка. [c.74] По результатам, полученным при обработке кривой седиментации, обычно строят кривую распределения, наглядно показывающую весовое содержание Q в суспензий различных фракций. Для этого строят диаграмму, на оси абсцисс которой откладывают значения радиусов частиц г, на оси ординат — значения Q/Ar для каждой фракции. Пример такой диаграммы приведен ка рис. 111,5. [c.75] Тогда QAr/Ar = Q и весовое содержание каждой фракции выразится площадью соответствующего прямоугольника. Построив такие прямоугольники для всех фракций и соединив плавной линией средние точки их верхних сторон, получают кривую распределения. Фракция, отвечающая максимуму кривой распределения, называется преимущественной фракцией полидисперсной суспензии, так как очевидно, что частиц, составляющих эту фракцию, в системе больше всего (на рис. 111,5 эта фракция IV с частицами, радиус которых лежит в пределах от Г4 до Гб). [c.75] Криййе распределения являются важной характеристикой дисперсных систем. Чем уже интервал радиусов кривой распределения и чем выше ее максимум, тем суспензия ближе к монодисперсной. Наоборот, чем кривая более растянута и чем ниже максимум, тем суспензия более полидисперсна. На рис. П1, 6 для примера приведены кривые распределения четырех различных типов. [c.75] Остановимся теперь кратко на эксперпментальных приемах, используемых при седиментационном анализе полидисперсных систем. [c.76] В заключение следует отметить ряд условий, ограничивающих применимость седиментационного анализа. Во-первых, основное уравнение седиментационного анализа (111,39) пригодно только для расчета размера сферических частиц. Для частиц, отличающихся по, форме от сферических, уравнение (111,39) позволяет определить только так называемый эффективный, или эквивалентный радиус, т. е. радиус воображаемых сферических частиц, обладающих той же плотностью и оседающих с той же скоростью, что и частицы суспензии. Во-вторых, при седиментационном анализе с использованием уравнения (111,39) мол но получить правильные результаты только в том случае, если частицы не сольватированы. Понятно, что влияние сольватации будет сказываться в тем большей степени, чем меньше размер частиц. Наконец, в-третьих, седиментационный анализ можно применять только тогда, когда частицы оседают раздельно друг от друга (когда концентрация системы не слишком велика) и когда они не образуют агрегатов. [c.77] Как уже указывалось, под действием гравитационного поля оседают только достаточно крупные частицы. Коллоидные частицы под действием силы тяжести не седиментируют или седиментируют чрезвычайно медленно. Так, частицы кварца радиусом 0,1 мкм проходят при оседании путь в 1 см за 86,2 ч. Однако, заменяя гравитационное поле действием центрифуги с гораздо большим ускорением, в сотни тысяч раз превышающим ускорение свободного падения, можно заставить оседать достаточно быстро и коллоидные частицы. В частности, в центробежном поле с ускорением 10 я та же суспензия кварца должна оседать на 1 см всего за 3 с. [c.77] При центрифугировании полидисперсной системы четкой границы, конечно, не образуется. Однако полученные снимки позво--ляют установить распределение концентраций дисперсной фазы в кювете. [c.78] При исследовании бесцветных и прозрачных золей перемещение границы или распределение концентраций в кювете приходится определять не с помощью обычных фотоснимков, а путем наблюдения за коэффициентом преломления золя в различных участках кюветы. [c.78] По данным, полученным тем или иным способом, можно вычислить скорость седиментации или найти седиментационное равновесие. На основании этого, в свою очередь, можно рассчитать молекулярный вес или размер частиц, подвергающихся седиментации. [c.79] Пользуясь уравнением (П1,47), можно рассчитать численный или молекулярный вес по перемещению в поле ультрацентрифуги сферических частиц на расстояние Х2 — Х за время т. Понятно, что для этого необходимо также знать величины т], р, ро и . [c.79] Размер коллоидных частиц, как уже указывалось, можно найти не только по скорости седиментации в ультрацентрифуге, но и определяя седиментационное равновесие. Для э,той цели применяют центрифугирование при не слишком больших частотах вращения (обычно около 20 000 об/мин), так как иначе превалировала бы седиментация и равновесие не устанавливалось. Численный или молекулярный вес, найденный по седиментационному равновесию, отвечает равновесному распределению частиц в системе, он не зависит от способа достижения этого распределения, и, следовательно, на результатах анализа не может сказываться форма частиц и их сольватация. [c.80] Вернуться к основной статье