Способ определения среднего радиуса частиц дисперсной фазы в коллоидных растворах -а и -р

(19 01 й 15/04 ЕНИ Е ИЗОБРЕ ПИСА АВТОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ иссиверс оллоиднос.31-35.СР СРЕДНЕГО ОЙ ФАЗЫ а-Аз И а-Р лесценция) дисперсной фазы нестабильных коллоидных растворов типа оргэнозолей а-Аз и а-Р, что также значительно снижа-. ет точность определения,Наиболее близким к предлагаемому способу является способ дисперсионного анализа, основанный на измерении скорости осаждения дисперсной фазы диэлькометрически по изменению электрической емкости. Во многих технических задачах достаточно определения среднего радиуса частиц дисперсной.фазы, который может быть получен из результатов измерений по данному способу.Недостатком указанного способа является низкая точность, поскольку на измеряемую величину электрической емкости влияют различные параметры, например температура, нестабильность геометрических параметров (даже в незначительной мере) и т.д., которые при длительных измеСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯРАДИУСА ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНВ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРАХ Изобретение относится к исследованиям коллоидных растворов, в частности к способам исследования коллоидных растворов органозолей а-Аз и а-Р, применяемыхдля получения бессеребряных изображений методом фотоосаждения,Известен седиментационный способ определения размера частиц дисперсной фазы в коллоидных растворах, основанный на измерении скорости оседания дисперсной фазы под влиянием силы земного притяжения или центробежной силы.Однако точность измерения средних размеров частиц дисперсной фазы данным способом не велика. Седиментация в земном поле тяготения происходит, если радиус частиц дисперсной фазы г1 мкм, при меньших значениях этого радиуса устанавливается седиментационное равновесие. При проведении седиментации в поле центробежных сил происходит коагуляция (коа 1702253 А(57) Изобретение относится к способам ледовэния коллоидных растворов а-Аз и а-Р, применяемых для получения бессеребряных изображений методом фотоосаждения. Целью изобретения является повышение точности и ускорение определения среднего радиуса частиц, Поставленная цель достигается тем, что необходимые для реализации измерений радиусов частиц концентрации раствора на двух различных уровнях по вертикали определяются через оптические плотности осадков, полученных фотоосаждением дисперсной фазы, Процесс осаждения проводят излучением с длиной волны из диапазона 190-400 нм с энергетической освещенностью 150-200 Дж/см .ениях (порядка 100 мин) могут существен- гетическая освещенность составляет 1502но меняться, Электрическая емкость зави Дж/см . Энергетическая освещенностьсит от кон центрации (относительного в 150 Дж/см соответствует порогу зародыколичества дисперсной фазы) колло 1 лдного шеобразования фотоосаждения слоя, слеаствора поэтому с помощью данного спо довательно, при меньших значениях этойсоба можноточноопределитьхарактер кри- величины процесс фотоосаждения практивой распределения, но абсогнотное чески не происходит, При энергетическойзначение размеров коллоидных частиц име- освещенности больше 200 Дж/см скоростьет при этом большую погрешность(порядка роста фотоосажденного слоя мышьяка и20-25 и более), 10 фосфора лимитируется скоростью процессаЦелью изобретения является повыше- массопереноса в объеме раствора таким обние точности и ускорение определения, разом, что дальнейшее увеличение освеДля достижения этой цели в известном щенности становися нецелесообразным,способе определения среднего радиуса час- При длине волны менее 190 нм получетиц диц дисперсной фазь в коллоидных раство ние энергетической освещенности ча уров/ 2рах а-Аз и а-Р, вклочающем осаждения не 150 Дж,см - сложная техническаядисперсной фазы из раствора, помещенного задача, так как даже зксимерные лазеры нав оптическую кювету, фотоосаждение дис- АгЕ имеют в этой области (193 нм) весьмаперсной Фазы проводят на стенку оптиче- мал ю интенсивность,ской кюветы в двух непрерывающихся по 20 Экспериментально установлено, чтовертикали зонах путем воздействия на рас- при длине вогчы более 400 нм эффекта фотвор излучением с длиной волны 190-400 нм тоосаждения на указанных коллоидных расс энергетической освещенностью 150-200 творах не происходит. ОптическаяДж/см и определяют оптическую плот- плотность фотоосажденного пятна имеетность образовавшегося осадка. 25 линейную зависимость от концентрацииИзвестно, что в мелкодисперсных колло- дисперсной Фазы в коллоидном растворе видных растворах(с радиусом частиц диспер- следующих областях концентраций, мас,;сной фазы менее 1 мкм) устанавливается т,н. 0,4-1,5 раствора а-Аз в сероуглероде; 0,0 седиментационное равновесие, описывае,2 раствора а -Аз в бензоле; 0,5-5,5 раствомое Формулой 30 ра а-Р в сероуглероде.зДля данных растворов в формуле (1) со 2.,3 9 - = 3 (г 119( ) отношение концентраций можно заменитьпо, Ми ВТ 3соотношением оптических плотностей. Всл чае более концентрированных раствогде М - число Авогадро;по и и - число частиц в единице объема слУч35 ров можно добавить указанный органичена некотором заданном уровне и на уровне, 3" рский растворитель до достижениянаходящемся от первого на расстоянии (поконцентрации, входящей в область линейве ртл кал л);ной зависимости.г - радиус частиц;о 1 и б 2 - плотность дисперсной фазы и Способ осуществляют следующим об 40 разом,дисперсионной среды,П р и м е р 1, Раствор а-Аз в бензоле сПо формуле (1) можно рассчитать средконцентрацией 0,1 мас, заливают в кварний радиус частиц дисперсной фазь 1 (дляцевую оптическую кювету с расстояниеммонодисперсных коллоидных растворов -между рабочими поверхностями 10 мм. Из 45 меряют оптическую плотность раствора садиус дисперс ной фазы),Поскольку коллоидные растворы а-Ази а-Р очень нестабильные, то определение кюветой. На переднюю стенку кюветы с помощью кварцевой оптики фокусируют излукон ент ации частиц в них представляетсячение в коротковолновой части спектраг 300-360 нм) мощной ксеноновой лампыным. П е ложено использовать фотоосаждение мь 1 шьяка и фосфора на стенку50 ДКСЭлс интенсивностью излучения воптической кюветь 1 для определения кон- л2сфокусированном пятне 1,25 Вт/см, Диаент а ии испе сной фазы на данномметр пятна излучения 2,5-3,0 мм. Произвоовне, а, следовательно, и для определения с е е- дят последовательное экспонированиения с е него размера частиц дисперснойраствора в двух точках, расстояние по высозь кспе именты показали, что количе- р 55 те между которымл - 2,2 см, Время экспониство образство об азовавшегося на стенке оптическойрования в каждой точке 120 с. Определяюткюветы оса ка, которое удобно в данномсуммарную оптическую плотность в обеихслучае характеризо р - точках, а затем рассчитывают оптическуюакте изовать через его оптическ ю плотность, однозначно соответствуетскую плотнос, дплотность образовавшегося осадка как разконцентрации дисперсной фазы, если энерность значений оптической плотности до и после облучения, Получают значения оптических плотностей 0,69 и 0,63. Подставляя эти значения в преобразованную гипсометрическую формулу (2), рассчитывают сред ний радиус частиц дисперсной фазы г(2)10 где г - средний радиус частиц дисперснойфазы, м;О 0 и О, - оптическая плотность фотоосажденного пятна на нижнем уровне и науровне, находящемся на расстоянии Ь огпервого;и - расстояние между точками измерения по вертикали, м.В формуле (1) были подставлены следующие коэффициенты и числовые значения:М = 6,023 10 мольВ = 8,31 Дж/моль К;с 31 = 2000 кг/м;б 2 = 879 кг/м,25Т=295 К;9=9,81 м/с .В результате расчета получают оезультат; г.= 7,1 10 м = 7,1 нм,Результат проверен по измерениямрассеяния монохромати еского излучениядля разных длин волн (по методу Редея) ипоказал хорошее совпадение результатов,П р и м е р 2, Раствор и источник излучения такие же, как в примере 1, Экспонирование производят в течение 140 с,энергетическая освещенность 175 Дж/см,2Оптические плотности образовавшегосяосадка 0,70 и 0,64, Рассчитанный среднийрадиус частиц составляет 7,1 нм. 40П р и м е р 3, Раствор и источник излучения аналогичные примеру 1. Экспонирование производят в течение 160 с,энергетическая освещенность 200 Дж/см .гОптические плотности образовавшегосяосадка 0,68 и 0,62, Рассчитанный среднийрадиус частиц дисперсной фазы г = 7,2 нм,П р и м е р 4. Раствор и источник излучения аналогичные примеру 1, Экспонирован и производится в течение 100 с, 50гэнергетическая освещенность 125 Дж/см .Оптические плотности пятен фотоосаждения 0,38 и 0,36, Рассчитанный средний радиус г = 6,0 нм.П р и м е р 5. Раствор и источник иэлучения идентичные примеру 1. Экспонирование длится 180 с, энергетическая освещен 2ность составляет 225 Дж/см . Оптическая плотность обеих пятен образовавшегося осадка составляет 1,62. Следовательно., в данных условиях предлагаемый способ неприменим для определения среднего размера частиц дисперсной фазы.П р и м е р б. Проведено фотоосаждение дисперсной фазы из коллоидного раствора а-Аз с использованием эксимерного лазера на АгЕ с длиной волны 193 нм при энеогетической освещенности 200 Дж/см,г Оптическая плотность образовавшегося осадка в пятчах соответственно: 0,112 и 0,1015. Рассчитанный средний радиус частиц дисперсной фазы составляет 7.3 нм.П р и м е р 7, Раствор и источник такие же, как в примере 1. Используется часть спектра с длиной волны 360-400 нм. При энергетической освещенности 200 Дж/смз оптическая плотность в пятнах образовавшегося осадка составляет 0,120 и 0,109. Рассчитанный средний радиус частиц дисперсной фазы - 7,5 нм.П р и м е р 8. Раствор и источник аналогичные примеру 1, Используется часть спектра с длиной волны более 400 нм. Фотоосаждение не происходит, оптическая плотность в области пятен равна нулю,По сравнению с прототипом предлагаемый способ определения среднего размера частиц дисперсной фазы в коллоидных растворах а-Ав и а-Р имеет более высокую точность 10-150 Д (у прототипа 20-25%), Кроме того, время определения в предлагаемом способе 5-10 мин существенно меньше, чем у прототипа (100-120 мин).Формула изобретенляСпособ определения среднего радиуса частиц дисперсной фазы в коллоидных растворах а-Аз и а-Р, включающий осаждение дисперсной фазы из раствора, помещенного в оптическую кювету, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и ускорения определения, проводят фотоосаждение дисперсной фазы на стенку оптической кюветы в двух непрекрывающихся по вертикали зонах путем воздействия на раствор излучением с длиной волны 190-400 нм с энергетической освещенностью 150-200 Дж/см, и определяют средний радиус частиц по оптическим плотностям дисперсной фазы в полученных зонах,