Способ определения электрофоретической подвижности микроскопических частиц

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнхСоциалистическихРеспублик м 702290(3 01 М 27/26 Ьвударствениый комитет СССР в делам изобретений и еткрмтнйДата опубликования описания 10,12,79(54) СПССОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОЙ ПОДВИЖНОСТИ МИКРССКОПИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ Изобретение относится к области коллоидной химии и предназначено для определения заряда частиц, изучении химииповерхности и адсорбции веществ на границе раздела двух сред.ФИзвестен метод исследования электрофоретической подвижности, заключакхцийсяв наблюдении электрофоретического движения отдельных коллоидных частиц вмикроскоп,10Для определения электрофоретическойподвижности частиц необходимо иметьданные о профиле скоростей жидкости втой области, где находится частица, иданные о скорости частицы при наложенииэлектрического поля, о крайней мере, вдвух различных точках.Недостатком способа является низкаяточность, обусловленная тем, что профильскоростей изменяется под влиянием конвективных потоков, которые возникаюти жидкости и могут иметь величину,сравнимую с определяемой величиной электрофоретической подвижности частицы. 2В известном способе измерение электрофоретической подвижности проводится с естественными частицами Малых размеров (менее 100 мкм), что вызвано осложняющим действием силы тяжести. С уменьшением размера частиц скорость их перемещения, вызванного различием плотности жидкости и вещества, из которого состоят частицы, может бьгть значительно снижена. Уменьшение размера частиц не позволиет контролировать их форму, в частности, проводить измерении с,части-, цами правильной шаровой или цилиндрической формы, что существенно для исследования собственно электрофореза. Наиболее близко техническое решение определения электрофоретической подвижности макрочастиц в широком диапазоне их размеров и,плавучести, в котором измеряется скорость перемещения частицы, Частица, перемещающаяся в неподвижной ,жидкости из-за действия силь тяжести, поддерживается в неподвижном состоянии90 4 ветствует температуре Тр = 19,05 С, частицы из стекла Т= 17,15 С;оНа фиг. 1 изображено устройство для измерения электрофоретической подвижности частиц.Для определении подвижности частица 1 помещается в электролитическую ячейку 2 У-образной формы, заполненную раствором КС 1, Ячейка изготовлена иэ оптического кварца., внутренний диаметр трубки в измерительной части равен 10,4 мм, длина вертикальной рабочей части трубки равна 150 мм, Электроды 3 обратимые, хлорсеребряные ., Ячейка помещается в термостат 4 с прозрачными стенками, в котором температура поддерживается с точностью до 0,002 С. Йзмерение температуры производится погруженным в термостат равноделенным термометром 5.Измерение вертикального перемещения частицы относительно трубки производится зрительной трубой 6. Скорость определяется по времени прохождения частицей не более двух делений микроскопа, чтобы : не успело развиться конвехтивное движение жидкости из-аа ее нагрева током. Скорость частицы Ч при некоторой на. пряженности элехтрического поля определяется ках среднее значение из измерений скорости частицы при противоположных направлениях тока.При наложении постоянного электрического поля частица вследствие электрофореза перемещается относительно жидкости со скоростью Ч и участвует в микЭфроскопическом движении, возникающем в жидкости вследствие электроосмоса. Поскольку ячейка 2 круглого сечения и замкнутого типа, результирующая скорость Ч частицы относительно трубхиравна: 3 7022относительно стенок ячейки встречнымпотохом жидкости.Недостатком способа является низкаяточность измерения, обусловленная тем,что под влиянием Конвективных потоков 5изменяется профилЬ скоростей движенияжидкости, Предполагается также, чтопрофиль жидкости имеет параболическийвид, что нарушается вследствие различнойвязкости жидкости по сечению из-за раз Оличного нагрева ее при пропускании тока.Цель предлагаемого изобретении - повышение точности измерения и возможность проведения измерений с частицейправильной геометричесхой формы и большо 1 о размера.Поставленная цель достигается тем,что для исследования электрофореза применяются искусственно изготовленныечастицы с поверхностью из исследуемого 20.вещества, плотность, которой равна плотности жидкости.Для таких частиц движение в электрическом поле (электрофорез или проявление электрических свойств частиц в случае непроводящей жидкости) не осложняется действием силы тяжести. Отпадаетнеобходимость создания потока жидкОстидля удержания частицы в неподвижномотносительно стенок измерительной ячей/ки состоянии и определения параметровэтого потока. Появляетсявозможностьопределения подвижности крупнйх частициэ веществ с плотностью много большей1 г/смз, для которых удерживающий внеподвижном состоянии относительноприбора встречный поток жидхости уженосил бы турбулентный характер. При изготовлении частиц им может быть при 40дана требуемая для исследования форма,например, шаровая или цилиндрическая.Проводят измерения электрофоретической подвижности частиц из плавленногооптического кварца и стекла в раствореКСГ концентрации 10 Й и рН, рав45ном 7.Частицы готовятся следующим образом. Иэ капиллярной трубки с наружнымдиаметром около 1 мм в пламени газо 50вой горелхи изготовлены пустотелые заготовки шарообразной формы, тонущие висследуемом растворе. Шлифовкой при периодической проверке плавучести частицыв исследуемом растворе ее средняя плотность доводится до плотности раствора при 6-10 С При шлифовке частица за" крепляется на полочке с помощью пице. ина, Окончательная обработка поверхности частицы производится алмазной пастой с крупностью зерен 0,5 мкм, В процессе шлифовки частице придается шаровая форма. Диаметр изготовленных частиц равен около 0,5 мм,Состояние безразличного равновесия частицы из кварца в растворе КС соот где Ч,ф - элехтрофоретическая скорость частицы относительно жидкости;702290 раствора,35в сантипугде 5Ч. - электроосмотическая скорость (у стенки измерительной трубки);р - радиус (внутренний) измерительной трубки; 5- расстояние частицы от оситрубки.По формуле (1) электрофоретическая скорость частицы Ч, вычисляется на основании измерения скорости частицы 10 М при двух или более значениях 1Йа фиг. 2 приведены результаты измерения скорости частиц в зависимости от :1 и 2 - зависимости для частиЯ.цы из кварца при напряженности постоянного электрического поля, равной 1,24 и 3,14 в/см соответственно; 3 и 4 - то же для частицы из стекла. Линейный характер полученных зависимостей Ч = = Ч( Р) указывает на параболический профиль течения жидкости, вызванный электроосмосом, и отсутствие искажений этого течения.В таблице приведены данные измере 25 ний и результаты расчета электрофоретической подвижности Ц ф частиц и электрокинетического потенциаладля кварца, стекла и стенок трубки прибора, вычисленные по формуле:зоЖ- /,4 И 10 %3ЖЧч 5 3- электропроводностьом" см- вязкость раствора,азах;1 - электрический ток,через ячейку, ма; 6с; - площадь сечения трубки (внутренняя), см;Ч - скорости Ч 5,р и М см/секдля вычисленияи соответственно.Опытные значения электрофоретической подвижности и электрркинетическ ого потенциала, полученные при напряженностях электрического поли, различающихся в 2,5 раза, расходятся не более, чем на 3%, Полученные значения- потенциала для оптического кварца в растворе КС 6 концентрации 10 :Й, равные 90,4 и 92,7 мв, хорошо совпадают с данными для кварцалежащими в пределах 80- 100 мв. Предлагаемый способ обеспечивает определение электрофоретической подвижностикрупных частиц, не осложйенной действием силы тяжести. Частицы находятся в жидкости в безразличном равновесии, отпадает необходимость создания противотока жндкости, что существенно повышает точность измерений. Способ дает возможность изучения электрофореэа частиц правильной геометрической формы, , это позволяет проводить строгую количественную интерпреташпо измерений. Покрытие поверхности частицы-носителя различными веществами расширяет круг исследуемых, обьектов, например, биологических. Предлагаемым способом возможно изучение электрокинетических , свойств металлов:, в частности, их зави:симость от размера частиц, что практически невозможно осуществить другими способами(Я тЧ Ф Ф О сО оо 5 Р сО я сО О)(О оо й йсЧ (оо 03 б 1 63СЯ НН 03 сО й О) О) тЧ С 9 оо о101 о о 0 о 1 оЦ со фо 702290 ао Ф Ф Й О)Ф йо Ж Ю о с й Ю (О оо СО Ж СО Ч Г оо/х Юсм/ик одписное каз 7580/4 краж 107 НИИПИ 1фвиищ ППП фПатентф, г д, ул, Проекта 9 702290 10ф о р м у л а и з о б р е т е и и я л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности определения, подвижСпособ определении електрофоретической ность определяют с помощью искусствен; подвижаостимикроскопическикчастипвжид-, но созданной частипц с покрытием из кости путем измереиияскоростинеремещеаииисследуемого вещества, плотность котовс в одаородаом электрическом попе о т- рой равна плотности жидхос 1 и.г