Седиментацио́нный ана́лиз — совокупность методов определения размеров частиц в дисперсных системах и молекулярной массы макромолекул в растворах полимеров по скорости (седиментации) в условиях седиментационно-диффузного равновесия.
Седиментационное равновесие
На сферические дисперсные частицы действует (сила тяжести), пропорциональная кажущейся (с учётом закона Архимеда) массе:
где — (ускорение свободного падения),
— разность плотностей частицы и среды.
Под действием силы частицы начинают ускоренно двигаться, однако при этом на них действует сила сопротивления среды
, пропорциональная их скорости
, радиусу
и вязкости среды
((закон Стокса)):
При возрастании скорости частицы наступает момент, когда сила сопротивления среды уравновешивает силу тяжести
, действующую на частицу и после этого момента частица движется с постоянной скоростью седиментации
:
где — объём сферической частицы радиуса
.
При осаждении частиц возникает градиент их концентрации, направленный по направлению вектора ускорения, этот градиент приводит к диффузии частиц в направлении их меньшей концентрации, то есть в направлении, обратном направлению седиментации; при этом спустя некоторое время устанавливается динамическое равновесие, когда седиментационный и диффузионный потоки частиц взаимно уравновешиваются — наступает седиментационно-диффузное равновесие, концентрация частиц при таком равновесии описывается (барометрической формулой):
- где
— концентрация частиц в зависимости от высоты (координаты вдоль которой направлен вектор ускорения), 1/м3;
— концентрация частиц на высоте (координате)
, 1/м3;
— модуль вектора ускорения, м/с2;
— объём частицы, м3;
— текущая высота (координата), м;
— разность плотностей частиц и среды, кг/м3;
— (постоянная Больцмана), Дж/К;
— (абсолютная температура), К.
Методы седиментационного анализа
Обычно седиментация в гравитационном поле применяется для грубодисперсных систем (суспензий, эмульсий), размер частиц которых превышает 1 мкм. Один из традиционных приборов для этой цели — .
Седиментация в центробежном поле используется для изучения коллоидных систем и растворов полимеров; центробежные ускорения достигают сотен тысяч и реализуются в (ультрацентрифугах) с частотой вращения ротора до нескольких десятков тысяч об/мин.
Отношение скорости седиментации к центробежному ускорению (константа седиментации) — важная молекулярно-кинетическая характеристика системы. Она зависит от массы и формы частиц фазы или молекулярной массы макромолекул. Единицей константы седиментации является сведберг, обозначаемый в литературе как большое латинское .
Эти методы позволяют получать как усреднённую характеристику дисперсности, так и кривые распределения частиц по размерам или массам (для полимеров — молекулярно-массовое распределение).
Литература
1. Ходаков Г. С., Юдкин Ю. П. Седиментационный анализ высокодисперсных систем. — М., 1981.
См. также
- (Динамическое рассеяние света)
- (Анализ траекторий наночастиц)
- (Ситовой анализ)
- Сведберг (единица измерения)
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер