Способ измерения скорости дрейфа молекул и ионов в растворах электролитов в электрическом поле

Своз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 21.1 О.76(21) 2414138/18 Гооудеротееввьй выметет СССР по делен вэобретевей н открытвв,02.79.Бюллетень5 сания 08,02,79 ния од К, Галялтдинов 72) Авторы иаобретени олко Казанский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им, В. И, Ульянова-Ленина) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДР И ИОНОВ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛ" ФА МОЛЕКУЛИТОВ. 2е частоты прецессии меняетственно меняется и фаза дер исслиеДуемого образца и появления сигнала эха 2 Я. а величину 2 ларморовск ются, Соот йрецессии я к моменту изменится1Способ относится к области бескон-тактного измерений скорости мегодами ядерного магнитного "резонанса" и может быть использован в электрохимии, био логической и нефтехимической промышЛЕННОСтн И В друГИХ МраСЛяХ "НиарО 2 днОГО Ф хозяйства для бескойтактного измерения скорости перемещенйя молекул и йонов,Известны способы измерения скорости течения жидкостей методом импуЛьс-" ного ядерного магнитного резонанса в 0 липейнонеоднородном яагнитномполе 1 и 21.Сущность этих методови заключается в следующем. Исследуемый объект помещается в датчик импульсногоспектрометра ядерного магнитного резонанса.Вдоль направления движеция частииц- создают линейный градйент магнитного по-ля. для получения сиги н 6 ла ядерного спинового эха включают обычную последовательность двух высокочастотных имо опульсов 90 ь = 180 Ь =эхо. Вследствие того, что частицы перемещаются вдоль градиента магнитного полни их где- интервал между высокочас тотными импульсами;Я - гидромагнитное отношение исследуемых ядер;( - градиент магнитного поля;- скорость:движения частиц.Изменение фазы йрецесни, ядер приводит к уменьшению амплитуды сигнала эха, по которому судят о скорости два- жения частиц.Известей способ измерения скорости дрейфа молекул н ионов в растворах электролитов в электрическом поле,,ЛЦ 3 заь о: ..воин 41 еи 1 о: . 4 646257 10 15 45 50 55 включаюшнй: ядерно-магнитные резонансные нзмерения амплитуды сигнала эхаот частиц, движушихся вдоль градиентаеиеиииеиого инни 31, нрейф ионов вэлектролитах в постоянном электррнческом поле. При нропусканнн через электролит порстоянного электрического токаионы разных знаков дрейфуют в противоположные стороны, увлекая эа собоймолекулы растворителя. Это опять приводит к завнсимостн амплитуды эха отскорости доейфуюшнх частиц, т.е. поуменьшеннюсигнала эха можно судитьо величане скорости дрейфа частиц.Основным недостатком такого способа являеится то, чго дрн протекании постоянного электрйческого тока черезэлектролит происходят поляризация электродоов н раз.оженне электролита, чтоприводит к плохой воспроизводимости" результатов и низкой точнорсоти измерений.Бель предлагаемого изобретения - увелнченйе чувствительноств н -точностииэмереннрйи улучшение восйроизводимости реэеультатов,Для втого электрическое поле к об "разцу прикледывакт в внде двухнмпульсов .одинаковой- амплитуды н дли-тельносгнй но разной поляроностн: первый р интервалемежду 90 -ным н80 -ньм высокочастотная импульсами, второй после 180 -го высоко-.частбтйого импульса.Илаизмерения используется импульс. ный спектрометр ядерного магнитного, резонанса с прнставкой для получениялийейного граднента магнитного поля,Образец помешают Ь датчйк"спещюмет-ра в пробирке с двумя плоскнми влектродамнкогорые располагаюгйся" эа"пределамн приемной катушки датчика по: разные сгороны от нее, Для получениясmгнала ядерного спннового эха огяцекаобразца включают обычную последова тельность двух высокочастотных (в.ч.)о онмаульсов Ьд -180 Вдоль осн пробиркн создают линейный градиент маг нитного поля н йзмеряют"амплйтудоусигнала эха. Затем к электродам пробирки прикладывают импульсы электрического поля, которые вызывают дрейфионов, первы импульс прикладывают воантервале 90 -ным и 180 -ным: в,ч,импульсами, а второй, противоположнойоноаярностий в интервале между 180-нымв.ч, импульсом и сигналом вха (смефиг. Ц, и снова измеряютамплитуду сигнала эха, По измерению этой амплитуды. судят о скорости дрейфа. Затемизменяют интервал меду в.ч, импульсами и повторяют цикл измерений, Подвергнув полученную зависимость отно-,сительной амплитуды эха от ф Фурьепреобразования, получают функцню распределення дрейфующих частиц по ско ростям,Чувствительность предлагаемого способа сказывается выше, чем известного. Это подтверждается как экспериментальными, так н теоретическими расчетамн.Действительно, сдвиг фаз прецессии ядерных спннов 4 Ф/ за счет двнженняспннсодержашнх молекул нлн ионов определяется, по формуле (1). Знак минус перед вторым ннгегралом в формуле (1)объясняется действием 180.-го в,ч, 20 импульса, который обращает направление изменения фазы всех ядерных спннов, В предлагаемом способе одновреоменно со 180 -ным в,ч, импульсом меняется направление движения ионов(7 - меняет знак). В результате сдвигфаэ продолжает нарастатьн знак минусперед вторым интегралом необходимонэмейнть на плюс. Тогда30гр йФр.с т ,и,е Г.с, тс,дЬ(. о= Яу Самый, т.е. при воздействии энакопеременным электрическим полем движение вызывает вдвое больший сдвиг фаз ий следовательно, сильнее влияет на амплнтуду эха.На фиг, 1 дан график временной последовательности приложения в.ч. им-пульсов н импульсов электрического полян на фнг, 2 дан график вкспернментальиых зависимосчуй отношения амплитуд сигналов эха ото,пзмеренноых в присутвствин и в отсутрствни влектрического поля (кривая 1 получена нри приложении постоянного электрического ноля, кривая 2 - прн приложений знакопеременного им- пульсного электрического поля той же амплитуды); на фнг. 3 приведена функция распределения молекул воды по скоростям в растворе МаС 3 с концентрацией 1 моль/литрй полученная со 3-фурье преобразованием зависимости относительной амплитудй сигнала вха от ф.П р и м е р. В качестве образца использовался водный раствор МаС с кон646257 180 центрацией 1 моль/л. Изучалась завися- мость относительной амплитуды сигнала эха протонов воды ото . Градиент магнитного поля вдоль оси пробирки был установлен равным 0,65 г/см. Измерения проводились при амплитуде имнуль-" сов электрического поля 1 в/см (полученные экспериментальные кривые-при- ведены на фиг, 2). Действительно, знвкопеременное электрическое поле оказывает большее влияние на амплитуду сигнала эха, чем постоянное поле той же амплитуды. По уменьшению амплитуды .сигнала эха судят о величине скоростидрейфа, для чего полученную зависимость 5 подвер ают сов -фурье преобразованию., Полученйая функция распределения дрей фуюших частиц по скоростям приведена на фиг. 3.Эффективность предлагаемого способа определяется тем, что он позволяет исключить явление поляризации электродов и избежать разложения электролита.Это позволяет увеличить. чувствитель-ность и воснроизводимость результатов измерений.Достоинством способа также является егоизбирательность. С его помощью можно изучать церемецение положительнйх, отрицательных ионов и молекул. 30 растворителя отдельно, если только эти частицы содержат ядерные спины. Пред-. лагаемый способ абсолютен,: не требует калибровки. О величйне скорости судят непосредственно по зависимости амплитуды сигнала эха от интервала междув,ч. импульсами при известной величине .градиента магнитного поля,Формула изобретения Способ измерения скорости дрейфа молекул и ионов в растворах электролитов в электрическом полевключаюший ядерно-магнитные резонансные измерения амплитуды сигнала эха от частиц, движущихся вдоль градиента магнитного поля, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительно.ти и точности измерений и улучшения воспроизводимости результатов, электрическое ноле к образцу прикладывают в виде двух импульсов одинаковой амплитуды и длительности, во. разной полоярности: первый в интервалеомежду 90 ным и 180 -ным высокочастотными импульсами, второй послео180 -го -высокочастотного импульса. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1.0 гоЧЕо Т.ЗпфЕР ЛО,1 ур,РЬОб 1971, 42.933.2. РОМИР КЗ.Мо 6. УИуб,1969, 17,355З.Расее К.бЯвав,С.ТоеМпвбоЬ.ДЗч. МоЕ МеЕа х,госевеев1972, 3,119.. Павлов Техред Л 104/38 Тираж 3.08ОНИ ИПИ Госуаарстно Вельм нз113038, Москва 9Полни оноевенного комитета СССРобретений и открытий,Жфф 35 е Р адская набч йе И