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

Патент 646257

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДИЕЛЬСе ВУ (6)) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.10.76(21) 2414138f 18-25 с присоединением заявки № (23) П ио итет

Гооудеротеехией ееееетет

СССР по делом хэобретевей н открытей

p p

Опубликовано05.02.79.Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 08.02.79 (72) Авторы изобретения

В, Я, Волков и М. К, Галялтдинов

Казанский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В. И, Ульянова-Ленина (72) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПРЕЙФЛ МОЛЕКУЛ

И И01-IOB В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

= lr g v я (1 . Способ относится к области бескон тактного измерения скорости ме годами ядерного магнитного "резонанса" и может быть использован в электрохимии, био логической и нефтехимической йромыш ленности и в других мраслях "кародиого хозяйства для бескойтахтного измерения скорости перемешенйя молекул и йонов.

Известны способы измерения скорости течения ж шкостей методом импуЛьсного ядерного магнитного резонанса в липейнонеоднородном магнитном riîrrå 1 и (2).

: Сущность этих методов заключается в следующем. Исследуемый объект помещается в датчик импульсного спектрометра ядерного магнитного резонанса.

Вдоль направления движеция частиц- создают линейный градйент магнитного по- ля. 0ля получения сигн6ла ядерного спинового эха включают обычную последовательность двух высокочастотных им о о пульсов 90 + = 180 М =эхо. Вследствие того, что частицы перемешаются вдоль градиента магнитного поля, их

2 ! ларморовские частоты прецессии меняются. Соответственно меняется н фаза йрецессии ядер исслеДуемого образца и к моменту появления сигнала эха 2Я. изменится на величину f2)

l l=lj Й > <ж j y Gv t дц где - интервал между BbrcoKo÷àå тотными импульсами;

g - гидромагнитное отношение исследуемых ядер; (- градиент магнитного поля;

Q - скорость:движения частнц.

Изменение фазы .прецесни, ядер при водит к уменьшению амплитуды сигнала эха, по которому судят о скорости дви- жения частиц.

Известей способ измерения скорости дрейфа молекул и ионов в растворах электролитов в электрическом поле, Ффффф .врйьфн»=.. в.ъи йоо .

64б 257

55 включаюший: ядерно-магнитные резонансные измерения амплитуды сигнала эха

er частиц, движушихся вдоль градиента ъсерниеиого нонн $3$, нрейф ионов в электролитах в постоянном электрическом поле. При нропускании через электролит порстоянного электрического тока ионы разных знаков дрейфуют в противоноложцые стороны, увлекая эа собой молекулы растворителя. Это опять приводит к зависимости амплитуды эха от скорости шзейфуюших частиц, т.е. по уменьшению сигнала эха можно судить о величине скорости дрейфа частиц.

Основным недостатком такого способа являентся то, чго цри протекании нос гоянного электрйческого тока через электролит происходит поляризация электродоов и раз .ожение электролита, что приводит к плохой воспроизводимости

" результагов и низкой точности измерений.:

Бель предлагаемого изобретенияувеличенйе чувствительности и -точности измерений и улучшение восйро»оизводимости реэеультатов.

Юля этной электрическое поле к об< "разцу прикладывают» в виде двух импульсов. одинаковой амплитуды и дли- ттальнос ги, но разной полярности: первый в интервале между 90 -ным и

f80 -asm высокочастотнымои импуль с ами, второй поеле 180 -го высоко-. частбтиого импульса.

Ила измерения используется импульс. ный спектрометр ядерного магнитного, резонанса с приставкой для получения лийейного градиента магнитного поля, Образец помешают i датчйко спектрометра в пробирке с двумя плоскими электродами„ко горые располагщбФся эа пределами приемной катушки датчика по разные сгороны от нее, йля получеии»я сигнала ядерного спинового эха ог ядеф образца включают обычную последовательность двух Высокочастотных (вече) о о имаульсов Ьд -180 и Вдоль оси про бирки создают линейный градиент маг нитного поля и мэмеряют амплитуд»у сигнала эха. Затем к электродам пробирки прикладывают импульсы электрического поля, которые вызывают дрейф ионов, первы им ульс прикладывают в о интервале 90 -ным и 180 ным: в,ч, импульсами, а второй, противоположной о ноаярности, в интервале между 180-ным в.ч. импульсом и сигналом эха (сме фиг. Ц, и снова измеряют амплитуцу сигнала эха. По измерению этой амплитуды. судят о скорости дрейфа. Затем изменяют интервал ме..;ду в.ч, импульсами и повторяют цикл измерений, Подвергнув полученную зависимость отно- . сительной амплитуды эха от Фурьепреобразования, получают функцию распределения дрейфуюших частиц по ско1 ростям, Чувствительность предлагаемого способа сказывается выше, чем известного.

Это подтверждается как экспериментальными, так и теоретическими расчетами. действительно, сдвиг фаз прецессии ядерных спинов /ДФ/ за счет движенияспинсодержаших молекул или ионов определяется, по формуле (l). Знак минус перед вторым ин гегралом в формуле (1) объясняется действием 180.-го в.ч. импульса, который обрашает направление изменения фазы всех ядерных спинов. В предлагаемом способе одноврео менно со 180 -ным в.ч. импульсом ме» няется направление движения ионов (7 - меняет знак). В результате сдвиг фаэ продолжает нарастать, .и знак минус перед вторым интегралом необходимо иэмейить на щиос. Тогда

30 г(р т.е. при воздействии энакопеременным электрическим полем движение вызывает вдвое больший сдвиг фаз и, следовательно, сильнее влияет на амплитуду sxa.

На фиг. 1 дан график временной последовательности приложения в.ч. им- пульсов и импульсов электрического поля; на фиг, 2 дан график экспериментальиьас зависимосчуй отношения амплитуд сигналов эха ото йизмеренноых в присущ ствии и в отсутствии электрического поля (кривая l получена нри приложении постоянного электрического-ноля, кривая 2 - при приложении знакопеременного импульсного электрического поля той же амплитуды); на фиг. 3 приведена функция распределения молекул воды по скоростям в растворе )}аС3 с концентра» цией 1 моль/литрй полученная co5+урье преобразованием зависимости относительной амплитудй сигнала эха от j .

Пример. В качестве образца использовался водный раствор КаС с кон646257

180 центрацией 1 моль/л. Изучалась завися мость относительной амплитуды сигнала эха протонов воды от . 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-np è- ведены на фиг. 2). действительно, знвкопеременное электрическое поле оказывает большее влияние на амплитуду сигнала эха, чем постоянное поле той же амплитуды. По уменыиению амплитуды . сигнала эха судят о величине скорости дрейфа, для чего полученную зависимость 15 подвер1 ают со -фурье преобразованию., Полученйая функция распределения дрей« фуюших частиц по скоростям приведена на фиг. 3.

Эффективность предлагаемого criocoба определяется тем, что он позволяет исключить явление поляризации электродов и избежать разложения электролита.

Это позволяет увеличить чувствитепь-

25 ность и воспроизводимость результатов измерений. достоинством способа также является его избирательность. С его помощью можно изучать церемеиение положитель.. . 30 нйх, отрицательных ионов и молекул растворителя отдельно, если только эти частицы содержат ядерные спины. Пред лвгаемый способ абсолютен,: не требует калибровки. О величйне скорости судят непосредственно по зависимости амплитуды сигнала эха or интервала между в.ч. импульсами при известной величине . градиента магнитного поля, Формула изобретения

Способ измерения скорости дрейфа молекул и ионов в растворах электролитов в электрическом поле,,включаюший ядерно-магнитные резонансные измерения амплитуды сигнала эхв от частиц, движущихся вдоль градиента магнитного поля, о т л и ч а ю ш и йс 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 полярности: первый в интервале о между 90 ным и 180 -ным высокочастотными импульсами, второй после о

180 -го -высокочастотного импульса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.богачее Т.З пфе 3Я,З.Ayp5, . РЬИ& 1971, 42.938. .2 РОц- Ир К.1.МО6. Phj®

1969, 17,355.

3.7асйЕ К.бЯвЕв.С.7OmLinaen 5. Adv.Ìîá Явках. Ргосевеев

1972, 3,119.

646257

r rm-6A_#_3

Составитель В, Жешеряков

Редактор B. nasnos Техред Л. Алферова Корректор С. Шекмар

Заказ 104/35 Тираж 1089 . . Подписное

ИНИИПИ Государс веийаго комитета СССР ио делам изобретений и открытий, 1l3035, Москва, Ж-38, Раушскаи иаб., д. 4/8 илиад ППП Патент" г, Ужгород, ул. Проектная, 4