Способ определения функции распределения диспергированных частиц по размерам

Способ определения функции распределения диспергированных частиц по размерам

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1>661305

Союз Советских

Социалистических

Республик .. u 1т Й 1 р, (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено010876 (21) 2387654/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл 2 (01 И 15/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано0505.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания070579 (53) УДК 539. 215. . 4 (088. 8) {72) Авторы изобретения

-Н, И. Дудо и A. П, Пришивалко

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики

АН Белорусской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ.

ДИСПЕРГИРОВАНННХ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ Ч

18 Епв о

1= 2 2dd(k» Р1О-1,ВгС

Изобретение относится к оптичес- ким измерениям и может быгь использовано для гранулометрического анализа полидисперсных материалов, например, объектов биологического происхождения, в латексной промышленности и ¹, Известны способы определения функции распределения частиц по размерам, заключающиеся в разделении полидисперсной системы частиц на монодисперс10 ные фракции, в определении размеров частиц каждой фракции по времени их движения в среде и в нахождении концентрации частиц по оптической плотности (11 . !

Известен также способ контроля размеров частиц, получаемых в генераторе аэрозолей по отношению потоков рассеянного в двух направлениях излучения, регистрируемого с помощью двух 20 жестко установленных фотоприемников.

Способ заключается в графическом сопоставлении найденного из эксперимента отношения потоков рассеянного системой монодисперсных частиц излуче-" ния с вычисленным по формулам Мн (2).

Способ пригоден только для очень узкого интервала размеров частиц. В случае полидисперсных систем этот . способ неприменим. 30

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ гранулометрического анализа полиднсперсных материалов, заключающийся в разделении частиц на фракциИ в поле центробежных сил с помощью роторной центрифуги, в нахождении размеров частиц каждой фракции по времени седиментации в центробежном поле и в .определении концентрации частиц по оптической плотности (3) .

Уравнение зависимости времени движения частиц в поле центробежных сил записывается следующим образом где 0, - динамическая вязкость седимеитационной жидкости;

З вЂ” размер частиц данной фракции на расстоянии 2„ от оси вращения в момент времени 1 т к - расстояний частицы от оси врао щения центрифуги в начальный момент времени т и — угловая скорость вращения ротора центрифуги;

3 6613 ад=d d®(d иd+) — плотности твердой и жидкой фаз;

С вЂ” объемная концентрация твердой фазы.

По последнему способу размеры частиц определяют.по времени их движения в поле центробежных, сил, в течение которого может изменяться как угловая скорость вращения центрифуги, так и температура седиментационной жидкости, а, соответственно, и ее вязкость. Например, при увеличении температуры от 20О до 25ОС динамическая вязкость воды, которая чаще, чем другие жидкости, используется в седиментационном анализе, уменьшается на 11Ъ. Также имеют место погреш- 15 ности, обусловленные. неточностью оп-, ределения других физических величин, входящих в указанное уравнение, особенно плотности Вещества частиц, которую для объектов (например, частиц 20 биологического происхождения) определить практически невозможно. Все эти погрешности становятся особенно существенными при уменьшении размеров частиц, .когдадвремя движения их в по- 25 ле центробежнйх сил резко возрастает.

Цель предлагаемого изобретенияповышение точности гранулометрического анализа полидисперсных материалов.

Для этого в известном способе определения функций распределения частиц по размерам, основанном на разде;. ленни диспергированных частиц .в процессе центрифугирования на монодисперсные фракции и измерении оптической плотности каждой фракции для нахождения,ее концентрации, регистрируют рассеянное каждой фракцией излучение в двух направлениях под углами рассеяния 10О и 20а, 10О и 30, 10 и 40 „ определяют изменяющееся отно- 40 шение иотоков..рассеянного излучения для указанных ар углов рассеяния, а . размеры частйй находят по формуле

45 ВП где Р ь O,- диаметр частйцу

p -- длина волны излуч ; 50 (.Р(Р1)/Р(p g);F (ßè P(рд- потоки рассеянного излучения при. углах рассеяния )В я И Pz

a,Ü,C - -числовое коэффициенты.

Из теории рассеяния электромагнит-. ного излучения частицами известно, что интенсивность рассеянного в различных направлениях излучения зависит от параметра дифракции частиц и показателей преломления и поглощения образующего их вещества.

Установлено, что отношение потоков излучения, рассеянного в двух определенных направлениях для некоторого интервала значений параметра дифракции, слабо зависйт от показателя преломления, но достаточно чувствительно к изменению параметра дифракции.

Оптимальными с точки зрения чувствительности к р являются отношения потоков, рассеянных в интервале углов

0о fb z 45о

При выбранных бтношениях можно надежно определять значения параметра дифракции в интервале 1 p 10. Для

p C 1 указанные отношения стремятся к

1 (приближение Релея), при / > 10 для этих отношений чувствительность к уменьшается, а связь их с параметром дифракции становится неодноз н,ачной.

Возможно некоторое расширение ин-. тервала определяемых значений в сторону более крупных частиц за счет измерений рассеяния под малыми углами (/Ъ с 10О). Однако, это сопровождается уменьшением чувствительности к и увеличением погрешности эксперимента. Из совокупности эксперимейтальных и теоретических данных следует, что для частиц с показателем прелом« ления в пределах 1,14 п 1,3 оптиР (10о) нвлвнннн являются отнсненнн.

F (

Для указанных отношений получена эмпирическая формула, связывающая измеряемые в эксперименте значения 1""- -Р(1ЬД/Р(}Ь ) с параметром дифракI

t лнн (6j аа +Ьр с

Таблица коэффициентов эмпирической формулы составлена для непоглощающих частиц с показателем преломления

1,14 ll 6 1 3, Р (10 ) / Р (20 )0,0035-0,16 1,26 7-10 3,5-16

Р(10 ) / Р (30 )0,018 -0,29 1,18 5-7 5-40

Р (10 ) / Р (40 )0,0252-0,35 1,16 1,5-5 1,6-33

661305

Погрешность формулы в этом случае не более ЗЪ. Укаэанные значения коэффициентов могут быть использованы и для более широкого интервала значений показателя преломления 1,1 П 6 1,5, но тогда методическая ошибка может достигать 7-8Ъ. 5

Пример.

Определяются размеры и концентра- > ция частиц латекса полистирола в воде. Суспензия представляет собой смесь монодисперсных частиц размера- )p ми 0,24; 0,27; 0,41; 0,47; 0,51;

0,74 и 0,78 мкм. Укаэанные объекты имеют показатель преломления относительно воды,.близкий к 1,2, На Фиг. 1 сплошными кривыми изоб-, ражены расчетные зависимости отношений о(от параметра дифракции: кривая

1 — для Р (10 ) /Г (20 ); кривая 2 для Р (10o) / Г {30o) и кривая 3 - для

Р {10 )О/F (40О), Из графиков (кривые 1-3) следует, что каждое иэ укаэанных отношений наиболее чувствительно к изменению параметра дифракции в определенном интервале значений. этой величины (в пятом столбце таблицы приведены интервалы максимальной чувствительности о(, к изменению параметра дифракции) .

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

В роторную кювету 4 с прозрачным дном и крышкой с тороидальной полостью, позволяющей производить изме-! рения интенсивности света, рассеянного под углами 10, 20, 30 и 40, 35 заливается седиментационная жидкость (вода), поступающая по патрубку 5.

Кювета приводится во вращение с помощью двигателя б, и при достижении постоянной скорости вращения через 40 патрубок 7, расположенный на оси вращения, быстро впрыскивается исследуемая суспензия.

В начальный момент времени t< все частицы Располагаются в узком поверх- 45 ностном слое и начинают стартовать практически одновременно. Под действием центробежных сил происходит разделение частиц по фракциям. Узкий пучок монохроматического излучения от источника 8 излучения направляется на фотоприемник. 9 для измерения оптической плотности, сигнал от которого усиливается с помощью усилителя 10 и подается на самописец 11. Во время прохождения частицами светового луча с помощью фотоприемников 12 и 13 регистрируется излучение, рассеянное в двух направлениях. Сигналы подаются на измеритель отношения с усилителем

14, а затем на самописец 15.

С целью уменьшения погрешности измерения потоков рассеянного излучения, во-первых, ось вращения фотоприемни-, ка 13 должна быть смещена по возможности к верхней границе среды с движу- 65 шимися в ней частицами (в тороидальную полость частицы не попадают), вовторых,. фотоприемники 12 и 13 устанавливаются между оптической осью системы для измерения оптической плотности и осью вращения кюветы. Именно при такой геометрии эксперимента излучение, рассеянное частицами фиксируемой в данный момент времени Фрак ) ции, в наименьшей мере подвержено влиянию рассеянного света последующими более мелкими фракциями.

Определение размеров частиц проводится в спектральном интервале 0,4

0,75 мкм с шагом ь Л = 0,05мкм.

В направлениях рассеяния 10 и

20î 10о и 30о 10о и 40о регистрировались потоки рассеянного излучения, отношения которых для указанных пар углов рассеяния изменялись соответственно в интервалах 16 - 3,5, 40 — 5,33— 1,6, На Фиг. 1 приведены экспериментальные точки, соответствующие отношениям cc, полученным для укаэанных размеров латекса полистирола на трех длинах волн.

Измерения, проведенные на нескольких длинах волн, дают возможность сопоставить результаты определения размеров частиц, так как для одного и того же нх размера, но для разных длин волн отношения потоков рассеян- ного в двух направлениях излучения различны.

Концентрация частиц каждой фракции находится с помощью формул Дейрменджана.

Использование предлагаемого способа позволяет Увеличить точность определения размеров частиц каждой фракции по сравнению с методом расчета размеров по времени их движения в по ле центробежных сил в 5 — 10 раэ, а в некоторых случаях (особенно для мелких Фракций частиц биоЛогического происхождения, плотность вещества которых определить довольно трудно, а зачастую и невозможно) точность может быть еще выше.

Сравнение результатов определения размеров частиц латексов полистирола согласно предлагаемому способу с данными электронной ве кроскопии показывает, что погрешность нового способа не более 6% для. самых мелких частиц (D = 0,24 мкм) ..

Одним из достоинств предлагаемого способа является его простота. В способе, являющемся прототипом данного, в расчетную формулу входит восемь независимых физических величин, некоторые иэ которых иногда определить не только трудно, но даже невозможно ° .

В предлагаемом способе нужно знать только длину волны падающего излучения. Использование в расчетной Формуле предлагаемого способа параметра дифракции)ИЯЭп(йа(где п — показатель

661305

Ot ар Ьр с

Формула изобретения

4Ь2 1

Аг. г Составитель О. Алексеева

Ре акто Б. Павлов Тех едЗ.Фанта Ко екто Г. Назарова

Заказ 2429/38 1ираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4 5.филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 преломления среды; Ло:- длина волны излучения в вакууме) позволяет расширить интервал определяемых размеров частиц, как в сторону больших, так и в сторону меньших их размеров, применяя излучения с соответственно большей или меньшей длиной волны.

Способ определения функции распре- 10 деления диспергированных частиц по размерам, основанный на разделении частиц в процессе центрифугирования . на монодисперсные фракции и измерении оптической плотности каждой фракции f5 для нахождения ее концентрации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения размеров частиц, регистрируют рассеянное каждой фракцией излучение в двух направлениях под углами рассеяния 10 и 20, 10 и 30, 10 и 40, определяют изменяющееся отношение потоков рассеянного излучения для указанных пар углов рассеяния, а размеры частиц находят по формуле

ЯО где p — t A

Р - диаметр частиц; л — длина волны излучения в среде;

Ж.= Р((Ь ) /Ц (Ь ),Р(ф1) M Р(фг) — IIQTDKH рассеянного излучения при углах рассеяния (, и ф ; а,t),Ñ вЂ” числовые коэффициенты.

И=точники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

9 448899999955,, кклл, Q 01 И 15/02, 1975, 2.3.of Scient f ic 3 nst ruments (J.of ÐÈóысв E),1968, f,Ger:2,р. 636-6 38.

3. Сб, Исследование полидисперсных систем физическими методами, изд-во БГГ им. Ленина, Минск, 1971,