Способ определения среднего размера сферических частиц

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеслублик п 11949422(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 16,0181 (21) 3237520/18-25 М Кп з с присоединением заявки Мо -С 01 М 15/02 Государственный комитет СССР по дедам изобретениИ и открытийОпубликовано 070882, Бюллетень 9 29 Дата опубликования описания 070882(72) Авторы изобретения В.А.Лойко А.В.Доценко и В.К.Захаров БИИьОТЕЕА Институт Физики АН Белорусской ССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ф СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для определения средних размеров мелкодисперсных однородных и неоднородных концентрических сферических частиц, в частности центров свето- чувствительности и окраски фотохромных стекол.Известен способ определения среднего размера частиц, основанный на измерении распределения частиц по размерам, заключающийся в выделении монодисперсных фракций и их последующеМ анализе 1.Недостатком способа является непри менимость его для частиц, диспергированных в твердом веществе.Известен также способ контроля размеров монодисперсных частиц по отношению потоков рассеянного в двух направлениях излучения, заключакщийся в графическом сопоставлении экспериментально измеренного отношения потоков с рассчитанным для монодисперсных частиц по Формулам Ми 12). . 25Недостатком способа является ограниченность области применения.Наиболее.близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения функции распределе- З 0 ния частиц по размерам, .основанныйна разделении частиц в процессе центрифугирования на монодисперсные фракции, в котором по отношению рассеянного под разными углами излучения.определяют размер частиц, используя расчетную формулу 1. 3.Недостатком известного способа является необходмость выделения моно- дисперсных Фракций и пригоДностЬ его только для узкого интервала размеров частиц с параметром дифракции в интервале 1-10:9=тла Ргде " - радиус частицы;- длина волны излучения ввакууме,т 1 - показатель преломления свя.сзующей среды.При. уменьшении параметра Я отношения потоков излучения, по которым определяется размер частиц, он стре мится к единице и измерение размеров становится невозможным.Цель изобретения - расширить диапазон измерения размеров частиц в область мелких частиц с у с 0,5.Эта цель достигается тем, что согласно способу измеряют составляю949422 Ьф - ю );(Йц , Г 65п-Ьотносительный комплексныйпоказатель преломлениячастицы,радиус частицы,Из 11) и (2 ) имеем, что отношение- ) в)(7)ьо) 2,1190) 4 ( где . 6(йм+Л Иэ (7 ) имеем Это соотношение позволяет найти размер частицы о по относительной глубине минимума индикатрисы рассеяния Х для монодисперсных сферических частиц. В случае двухслойных концентричес+ ких сферических частиц, состоящих из ядра и оболочки, как показывают расчеты, формулы (7 ) и (8) несколько трансформируются; М=Р 1 0 ф 1 Мг 9)й 9)У. рф- , Ф ИЦф 1. ва 40 Ю м внешний и. внутреннийй =Г 1 Г,ПиГградиус оболочки соответственно,Р(ие, е р)ъ 2) И)+ ьп-юг+ зэп г(щ-,.3)(щ. +цу )+ (н )(вуд. ов Раэ ных 5 ди спер сиешениями распределения=-+; Ь=я однородных, чаЬ /(,) /4 ТаЫф) ф Грань)кции б (С),6 ф соотноа раметр ф для ов, равен 14.полидисперсной рмулы (8) и 9 деление частиц аппроксимироват ем, т,е.-распресре , счи по р ь Я уя фоаспрможноелен п 6 ния значения фуни 65 в табл.1. иведе щую рассеянного излучения, поляриэованную в плоскости наблюдения, в направлении, перпендикулярном направлению распространения падающего направленного монохроматического пучка,соответствующем минимуму углового 5распределения рассеянного света и приугле 30 + 1 определяют средний радиус )о по формулео=, " 4 О, ягде ) - длина волны падающего излучения",Ф - показатель преломления свяоэующей среды,Р - определяеТся показателямипреломления и отношения раэ- меров ядра и оболочки частицы,О, - зависит от разделениячастиц по размерам",Ж - отношение интенсивностейизлучения, рассеянного подуглом 3011 и 90 соответО оственно,Центры светочувствительности илиокраски фотохромных стекол представ,ляют собой двухслойные частицы, состоящие из ядра и оболочки.Возможность расширения диапазона измерения размеров частиц в область 30малых размеров можно показать следующим образом.Если рассматривать расстояние поансамблю однородных рассеивакщих частиц, то используя решение Ми, для д 1углов рассеяния .9=ЗОВи 9=90 для составляющей рассеянного излучения,поляризованной в плоскости наблюдения, получим: 1 ДОф)=, - - сЛ 1 ГЯ2.К,Яд 2 .11 (90). Ь 12 агде .=о.д) с -, Рр) С У ) С 2 Ь ,3 Р где а и Ь - параметры распредсвязанные со средним радиусом- Д(е, щ щфсн)Ай комплексные показатели преломления ядраи оболочки, соответственно,-Я(а) 0,0001 0,011 0,1 0,324 0, 311 О, 747 е р. Проведены (9) и (12) дл Ад при Л =63 с.расчетами по асчетычастицнм и соолным прим о формулам дС 1, АдВг,оставлены формулам Ми)п ерений б мо внй 4 Анал что вел стоянн формулы мера у показывает,но считать ПоВ этом слуния среднегосто б(О)в (15) из измичинуйира одля определпрощаются. Вм,4). 10 фпривТ а б л нм ГатериаоболочкАяС 1 0 4 5,8 2 3,2 5,92 с 3 06 О, ,7 01 О,8,6 0 Примеч еф Левый столби по формулам. формулам Ми. Иэ табл.2 можно сделать вывод о 45Раз высокой точности определения Х пред- . ног лагаемям способом. Для центров све- час точувствительности при Я%30 нм по- отн грешность не превышает 10. Для цент чен ров окраски при 3 у 20 нм точность определения Х быстро ухудшается, емым например, при Г = 20 нм относитель.кон ная погрваность почти 20, а при мер У; = 30 нм уже 100. Однако по- без скольку )л 4( -Я, то погрешность определения " по известному значению 55 соб значительно меньше. Например, прйред 30 нм имеем ошибку в.оценке ход примерно 15. Приведенная. раны Ьценка справедлива и для полидис" мож персного. ансамбля, поскольку соот (Со ветствующие формулы 117) и ( 8)от- нег личаются постоянным множителем. Зат Измерения, проведенные на не- дим скольких длинах волн, дают возможность зна сопоставить результаты определения 65 продля одразмера ин волн ННОГО Из л длагаделятььку иэичина по- оп ы Видно, что при б со 0)величина 5(0) 1 и формула (15) переходит в 8) для монодисперсной среды.В случае центров светочувствительности и окраски (двухслойных частиц) имеем(16) следует подставить ее значение из табл. 1 равное О, 011. Тогда соотношение ( 16) принимает видГо= у,в ЯщРЯ:4,4 4 Д в : (ф к соответствует рассчету (9), (12), правый " по меров частиц, так как о и того же среднего тиц, но для разных дл ошения потоков рассея ия различны.При . оценке размеров пре,способом не нужно опре центрацию частиц, поскол яемый параметр Х - вел размерная.Достоинством предлагаемого с а является его простота. Для еления среднего размера необимо провести два измерения. Вуглы 90 и 30 + 1 О однако но использовать и другие отношения для определения сре о размера при этом изменяется ем, зная длину волны, необхо о подставить соответствующие чения оптических постоянных и вести. арифметический расчет.;Рогулич Техред И.Тепер Корректор М.Коста Редакт 33/28 Тирам 887 Пащписное ВНИИПИ Государственного омитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35 Эаушская наб., М. 4/5ака Филиал ППП фПатенТф, г. Узгород, ул. Проектная, 4 Предлагаемы способ позволяет производить измерения среднего размера частиц радиусом меньше 0,03 мкм, однако поскольку эаконо. мерности распространения света определяются параметром дифракцииф й Ж фе / ( где тл - показатель преломления ереды, 3 - длина волны, излучения в вакууме), а не радиусом Г, указанный диапазон ьюает быть расширен за счет использования излучения с большей длиной волны.Таким образом, предлагаемое изобретение моиет найти применение при определении средних разме ров малых по сравнению с длиной волны частиц. Способ определения среднего размера сферических частиц, основанный на освещении частиц направленным монохроматическим излучением, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона определяемых средних размеров частиц в область0,5, измеряют поляризованную в плоскости падения составляющую рассеянного иялччения при угле рассеяния, нормальном к направлению подаащего пучка, и угле рассеяния 30 .1 1 и определяют средний радиус ф по формуле гдедлина волны падающегоизлучения,". - 1 ю - показатель преломления 10. связующей среды;г - определяется показателямипреломления и отношением ,;размеров ядра и оболочкичастицы, 15 Ь - зависит от распределениячастиц по размерам, Ф - отношение интенсивностей излучения, рассеянного по углом 30 + 1 и 90 соот.ветственно Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельс-.ъо СССР9 489995, кл. 6 О 1 И 15/02, 1975.(б.оЮ РЬуздсз Р) . 1968, 1, Яос, 2,р.636-638,3. Авторское свидетельство СССР