Способ определения поверхностной вязкости мономолекулярных слоев и устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических Республики 864 О 6 О Р 1)М, К,з6 01 й 11/14 6 01 М 33/48 Государственный комитет СССР но деяам изобретений и открытий.Е .Гудэ Заявитель ЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВЯЗКОСЛЯРНЫХ СЛОЕВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯа жение в измерении абсолютных эн чений вязкости и снижается точностьизмерений.Пель изобре я - повышение точностиУказанная цель достигается тем,что при осуществлении способа определения поверхностной вязкости мономолекулярных слоев, предусматривающеговозбуждение механических крутильныхколебаний в помещенном на подложкемономолекулярном слое, предварительно на чистой подложке задают амплитуду полных механических крутильных ко 15 лебаний такой величины, чтобы присовершении наперед заданного числаполных механических крутильных колебаний она была равна амплитуде, соответствующей нулевому значению вязко 20 упругого коэффициента, а поверхностную вязкость мономолекулярных слоевопределяют как отношение вязкоупругого коэффициента, соответствующегозначению амплитуды полных механичес 25 ких крутильных колебаний после совершения того же наперед заданного числа, что и для чистой подложки ко времени их совершения,При этом, устройство для опред е 30 ния поверхностной вязкости мономо тени ел ле ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕПЛЬСТВУ(23) Приоритет -Опубликовано 150981, Бюллетень Мо 34Дата опубликования описания 15,0981 инницкий медицинский институт им. Н.И.Пи Изобретение относится к тех е определения вязких свойств жид сред, например, белков, жирных и нуклеиновых кислот, и может быть использовано при определении структурных изменений при диагностике метаболических процессов в организме, а также при реологических исследованиях различного рода растворов и жидкостей, находящихся в объемной Фазе.Известен способ определения поверхностной вязкости мономолекулярных слоев, предусматривающий возбуждение механических крутильных колебаний в помещенном на подложке мономолекулярном слое 11,Известно также устройстводля определения поверхностной вязкости мономолекулярных слоев, содержащее соединенную с чувствительным элементом и установленную с возможностью вращения катушку индуктивности и источникпитания 23Однако при осуществлении известного способа с использованием известного устройства происходит воздействие постоянного магнитного поля устройства на структуру прилежащего к чувствительному элементу исследуемого образца. В результате происходит иска(53) УДК 532,635:620,20 35 кулярных слоев, содержащее соединенную с чувствительным элементом и установленную с возможностью вращениякатушку индуктивности и источник пичатом корпусе двумя дополнительныминеподвижными катушками индуктивности,корректором частоты, юстировочной головкой и двумя упругими токопроводящими элементами, оптической системой отсчета, включающей отражатель, шкалу с фотодатчиком, усилитель, программный счетчик импульсов и измеритель времени, и регулятором напряже- ния, причем дополнительные катушки индуктивности расположены вокруг основной, подвешенной на упругих токо- проводящих элементах, а отражатель размещен на основной катушкеКроме того, источник питания стабилизирован .На чертеже изображена структурная схема устройства для определения поверхностной вязкости мономолекулярных слоев.Устройство состоит из чувствительного элемента в виде диска 1, стержня 2, двух неподвижных 3 и подвижной 4 катушек индуктивности, зеркала 5, трубчатого корпуса 6, двух токопроводящих упругих элементов 7, корректора 8 частоты собственных колебаний,держателей 9, юстировочной головки10, регулятора 11 напряжения, стаби"лизированного источника 12 питания,проградуированной шкалы 13 амплитуд,Фотодатчика 14, усилителя 15 электрических импульсов, программного счетчика 16 электрических импульсов и измерителя 17 времени. Причем отражатель в виде зеркала 5, шкала 13 сФотодатчиком 14, усилитель 15, программный счетчик 16 импульсов и измеритель 17 времени образуют оптическую систему отсчета. Неподвижные катушки 3, жестко прикрепленные к корпусу 6, и подвижная катушка 4 обраэуют электродинамическую систему,Подвижная катушка 4, нижней частью жестко соединенная через стержень 2 с диском 1, а верхней частью - с эеркалом 5, составляет механическую подвижную систему, которая с помощьюдвух токопроводящих урругих элементов 7, проходящих сквозь корректор 8частоты собственных колебаний, прикрепляется к держателям 9 юстировочной головки 10. Корректор 8 частоты собственных колебаний при перемещениивнутри корпуса 6 обеспечивает подстройку частоты колебаний механической подвижной системы, а юстировочная головка обеспечивает ее поворот в гориэонтальной плоскости для установки нуляСпособ осуществляют следующим образом. Предварительно принимают значениеконечнс 1 амплитуды для любого наперед заданного числа полных механических колебаний постоянным и выбирают ее за нуль отсчета поверхностной вя кости мономолекулярного слоя. Такивначальные условия исключают в известной зависимости расчета поверхностной вязкости мономолекулярного слоя действие поверхностной вязкости чистой подложки, что приводит к упрощению расчетной зависимости, которая принимает вид: где К - вяэкоупругий коэффициент мономолекулярного слоя;Т - время выполнения числа полных механических крутильныхколебаний чувствительным элементом- логарифмический декремент 25 эатухания п полных механических крутильных колебанийдля мономолекулярного слоя;и - число полных механическихкрутильных колебанийз3 - момент инерции чувствительного элемента;а - радиус диска чувствительного элемента;б - полуширина кюветы.Ад - постоянно заданное значениеконечной амплитуды механических крутильных колебанийдля чистой подложкиуАп - значение конечной амплитудымеханических крутильных ко лебанийдля мономолекулярного слояПервоначально определяют известными методами константы устройства,т.е.определяют момент инерции чувствительного элемента 3=147 г см 2, радиусдиска чувствительного элемента а=1,45 см, полуширину кюветы Ь=10 см,задают постоянное значение конечнойамплитуды механических крутильных колебаний для чистой подложки АО=230 мм.Затем подставляют константы в формулу вяэкоупругого коэффициента мономолекулярного слоя: К =10,90 9 п 2 ДОАиПосле чего производят градуировку миллиметровой шкалы амплитуд соответствующими рассчитанными по выше приведенной Формуле значениями вязкоупру"гих коэффициентов мономолекулярногослоя, принимая эа нуль отсчета вяэко упругого коэффициента амплитуду А=230 мм. Полученные значения переносятнепосредственно на шкалу амплитуд илизаносят в переводную таблицу .10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 60 Нужное значение вязкоупругого коэффициента в таблице находят на пересечении строки и столбца. Так, дляА=225 мм К=0,2277 пов. Пз с.Определив параметры устройства беэ учета воздействия подложки, которыево всех дальнейших измерениях остаются неизменными, приступают к измере нию вязкости мономолекулярных слоев веществ . Для этого чувствительный элемент (диск 1) перемещают вместе с устройством вдоль вертикали и приводят его в контакт с чистой подложкой, находящейся в кювете. Затем выверяют "нуль" устройства по горизонтально расположенной миллиметровой шкале 13 амплитуд, т.е. поворотом юстировочной головки 10 в горизонтальной плоскости приводят в движение механическую подвижную систему через токопроводящие упругие элемен.ты 7 так, чтобы световой поток, направленный в горизонтальной плоскости от осветителя, попадал при помощи эерк.-ла 5 на нулевое деление горизонтально расположенной миллиметровой шкалы амплитуд (А=О, Км= + 00) . Затем путем пбдачи электрического тока от регулятора 11 напряжения на катушки 3 и 4 поворачивают механическую подвижную систему на некоторый угол. При этом световой поток перемещается по миллиметровой шкале амплитуд вправо, причем начальную амплитуду механических крутильных колебаний для чистой подложки (Ао) экспериментально подбирают и фиксируют такой, чтобы после прекращения подачи тока на катушки 3 и 4 механическая подвижная система совершила определенное число полных механических колебаний, например пять, и световой поток попал на деление миллиметровой шкалы амплитуд, равное 230 мм. Теперь на подложку наносят мономолекулярный слой исследуемого вещества.Программируют работу программного счетчика 16 импульсов на счет ранеезаданного числа полных механическихколебаний подвижной системы для чистой подложки. Далее выставляют зафиксированную ранее заданную начальную амплитуду механических крутильных колебаний для чистой подложки путем пропускания электрического тока от регулятора 11 напряжения по миллиметровой шкале 13 амплитуд,расположенной горизонтально . Разомкнувэлектрическую цепь, механическаяподвижная система приходит в колебательное движение . Световой поток,попадая на фотодатчик 14, приводитв работу программный счетчик 16 импульсов, а тот, в свою очередь, сосчитывает импульсы и запускает измеритель 17 времени, После совершениямеханической системой заданного числа полных механических колебаний,например пять, программный счетчикимпульс в останавливает работу измерителя времени. При этом визуальнопо миллиметровой шкале амплитуд регистрируют значение конечной амплитуды механических крутильных колебаний,цля мономолекулярного слоя, напримерА=1 05 мм, Затем по таблице находятзначение вяэкоупругого коэффициентаК=8,625 пов .Пэ с, а по измерителювремени время, в течении которогосовершено пять полных механическихколебаний= 16,75 с . Значение поверхностной вязкости мономолекулярного слоя находят числовым отношениемвязкоупругого коэффициента ко времеКм 8625 пов.Пз,сни. (, =- - --- Ог 51516,75 спов.Пэ.Измерения поверхностной вязкости выполнены для мономолекулярного слоя,образованного путем нанесения 0,2 млраствора сывороточных белков кровиконцентраций 0,025 на подложку 20 ного раствора сернокислого аммонияс площадью 525 см-.Регулировку частоты собственныхмеханических крутильных колебанийподвижной системы осуществляют припомощи корректора частоты . Корректорчастоты изготовлен, например, в видепоршня, который при подборе частотысобственных колебаний механическойсистемы перемещают вдоль вертикаливнутри трубчатого корпуса 6.Например, при перемещении корректора 11 частоты вниз вдоль .вертикалиуменьшается активная длина закручивания токопроводящих упругих элементов7, что приводит к увеличению упругого момента механической систеж и,соответственно, увеличению частотымеханических крутильиых колебаний.Получив нужную частотную характеристику колебательной механической подвижной системы, корректор частоты закрепляют жестко в юстировочной головке 10 при помощи стопорного винта.При повороте юстировочной головки,предназначенной для выставления нольамплитуды колебательной системы погоризонтальной шкале отсчета, корректор частоты поворачивается вместе сней .Таким образом, при осуществлениипредлагаемого способа измеряют поверхностную вязкость мономолекулярногослоя исследуемого вещества за одинприем, минуя измерения вязкости чистой подложки, а также учитывая действие упругого момента самого мономолекулярного слоя, что, в конечном счете, приводит к сокращению времени измерений примерно в два раза,Высокая стабильность иэмвренийобеспечивается тем, что чувствительный элемент, совершая колебательноедвижение на инфраниэких частотах порядка 10 " Гц - 10 Гц практически неФормула изобретения 1. Способ определения поверхностной вязкости мономолекулярных слоев, предусматривающий возбуждение механических крутильных колебаний в помещенном на подложке мономолекулярном слое, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, предварительно на чистой подложке задают амплитуду полных механических крутильных колебаний такой величины,чтоЗО.вносит возмущений в конформационные состояния макромолекул мономолекулярного слоя, так как период колебаний чувствительного элемента соизмерим со временем релаксации конформацион-, ных состояний макромолекул мономоле-"5 кулярного слоя . Кроме того, высокая стабильность измерений обеспечивается тем, что механическая энергия, необходимая для колебательного движе ния, запасается в самой колебательной системе в токопроводящих упругих элементах.Высокая точность измерений обеспечивается тем, что используется автоматическая система измерения времени, оптическая система отсчета вязкоупругого коэффициента, а также осуществляется растяжка интервала времени и вязкоупругого коэффициента пропорционально увеличению числа полных механических колебаний чувствительного 20 элемента, что очень важно при измерении малых поверхностных вязкостей мономолекулярных слоев, по порядку соизмеримых с погрешностью визуального отсчета вязкоупругого коэффициента 25 при одном полном колебании механической системы . бы при совершении наперед заданногочисла полных механических крутильныхколебаний она была равна амплитуде,соответствующей нулевому значениювязкоупругого коэффициента, а поверхностную вязкость мономолекулярныхслоев определяют как отношение вязкоупругого коэффициента, соответствующего значению амплитуды полных механических крутильных колебаний после со"вершения того же наперед заданногочисла, что и для чистой подложки ковремени их совершения,2, Устройство для осуществленияспособа по и. 1, содержащее соединенную с чувствительным элементом и установленнуюс возможностью вращениякатушку индуктивности и источник питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности, оноснабжено установленными в трубчатомкорпусе двумя дополнительными неподвижными катушками индуктивности, корректором частоты, юстировочной головкой и двумя упругими токопроводящимиэлементами, оптической системой отсчета, включающей отражатель, шкалус Фотодатчиком, усилитель, програм-.мный счетчик импульсов и измерительвремени, и регулятором напряжения,при этом дополнительные катушки индуктивности расположены вокруг основной, подвешенной на упругих токопроводящих элементах, а отражательразмещен на основной катушке,3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что источникпитания стабилизирован. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 49464 кл, 6 01 М 11/14, 1936,Корректор Ю. Макаренк Подписиэе з 7762/60ВНИИП филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 910 И Государственног по делам иэобретени 13035, Москва,Ж,РаСоловьеалою комитета СССРи открытийокая иаб., д. 4/5