ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО И СТАТИЧЕСКОГО СВЕТОРАССЕЯНИЯ ДЛЯ

химии и технологии высокомолекулярных соединений имени С.С. Медведева

Асс. Серхачева Наталья

Сергеевна

Асс. Лобанова Надежда Александровна

корреляционная спектроскопия, лазерная корреляционная спектроскопия)

Позволяет определить: коэффициент диффузии, диаметр частиц

Статическое рассеяние света (упругое рассеяние света)

Позволяет определить: средневесовую молекулярную массу, 2-ой вириальный коэффициент, радиус инерции

Электрофоретическое рассеяние света (электрофоретическая корреляционная спектроскопия)

Позволяет определить: дзета-потенциал, электрофоретическую
подвижность

света
Статическое рассеяние света
Методы определения размеров частиц

неорганические частицы

света лазера; d – диаметр частицы
Если частицы меньше или сопоставимы

по размерам с длинной волны то оптические свойства частицы определяются исходя из того, что рассеяние света возникает не только за счет дифракции. Возможна поляризация частицы за счет излучения, это приводит к изменению распределения рассеянного света.

~ 380 до ~ 760 нм, проходя через среду, взаимодействует

с ее веществом, индуцируя диполи. В переменном поле диполь колеблется с частотой падающего света и является источником вторичного излучения света во всех направлениях, кроме своей оси, с той же длиной волны, что и падающий свет.

I0 и I – интенсивности падающего света и прошедшего через среду толщиной x,   мутность среды, характеризующая долю пучка света, рассеянного во всех направлениях при прохождении через среду толщиной 1 см

рассеянного света - 173º;

Источник света – лазер – He-Ne, газовый;

максимальная выходная мощность – 4,0 мВт; диаметр луча – 0,63 мм (1/е2); расходимость луча – 1,5 мрад;

Длина волны лазера – 633 нм (красный фон); 532 нм (зеленый фон);

Ослабление излучения (аттенюация) - автоматическая от 100% до 0,0003%;

Детектор - Лавинный фотодиод, Q.E.>50% на 633 нм;

Измеряемый диапазон размера частиц - 0,6 нм – 6 мкм;

Минимальный объем образца – 0,75 мл;

Температурная стабилизация – 2 – 120 ºС

– оптический блок; 2 – ПК; 3 – выдвижная подставка

для кювет; 4 – термоколпачок; 5 – термообкладка.

б. Основные элементы: 1 – лазер; 2 - кювета с образцом; 3 – детектор; 4 – аттенюатор; 5 – коррелятор; 6 – ПК.

частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов

молекул окружающей среды.

Причины Броуновского движения - тепловое движение молекул среды и отсутствие точной компенсации ударов, испытываемых частицей со стороны окружающих её молекул, т.е. броуновское движение обусловлено флуктуациями давления. Удары молекул среды приводят частицу в беспорядочное движение: скорость её быстро меняется по величине и направлению.

концентрации возникает и рассасывается благодаря диффузии полимерных клубков
11
(1)
уравнение Эйнштейна-Стокса
Rh

- гидродинамический радиус частицы;  - вязкость раствора; Т – абсолютная температура; k – постоянная Больцмана.

Размер частиц. Очень маленькие частицы бомбардируются молекулами растворителя и выталкиваются в случайном направлении. Частицы меньшего размера выталкиваются молекулами растворителя сильнее и двигаются быстрее.

Температура. Более высокая температура приводит к более быстрому движению частиц, и большей кинетической энергии соударений.

Вязкость растворителя. Движение частиц и молекул в дисперсии зависит от вязкости системы, чем выше вязкость, тем движение частиц медленнее, Броуновское движение замедляется.

значений интенсивности рассеянного света, измеренных через промежуток времени τ:
Коэффициент диффузии

D:

(2)

(3)

Time

Intensity

Time

1

0

0



 = 

1

2

3

Correlation
Coefficient

Z(D) – функция распределения рассеивающих частиц по коэффициентам диффузии, С – параметр, – волновой вектор рассеяния; kd – параметр, определяющийся как термодинамическими, так и гидродинамическими взаимодействиями в растворе.

время затухания

in class
Relative % in class
Среднеинтенсивностный
Среднеобъемный
Среднечисленный
Образец содержит 2 фракции частиц (50%

и 50%) с размером 10 нм и 100 нм

методом DLS является правильная подготовка образца, а именно, определение минимальной

и максимальной концентрации образца.

Область допустимых концентраций для данного образца

жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля.
17
Электрофоретическое рассеяние

света

Скорость движения частиц зависит от:

силы поля;

диэлектрической постоянной среды;

вязкости среды;

дзета-потенциала

между коллоидной частицей, способной к движению в электрическом поле, и

окружающей жидкостью.

Наличие дзета-потенциала формирует на частицах одноименные заряды и электростатические силы отталкивания, что обеспечивает устойчивость коллоидной системы и препятствует агрегации. Дзета-потенциал заряженных частиц в растворе характеризуется электрофоретической подвижностью частиц в электрическом поле.

Электрофоретическая подвижность – скорость, частиц, отнесенная к единице напряженности электрического поля.

(1)

(2)

 - диэлектрическая постоянная среды,  - электрокинетический потенциал, f(Ka) - фактор, который зависит от диаметра частиц и эффективной толщины двойного электрического слоя (равняется 1,0 для неполярной среды; и 1,5 для полярной среды), - вязкость дисперсионной среды.

Уравнение Генри

определяется средней величиной флуктуации концентрации
I - интенсивность рассеянного света; 0

- длина волны падающего света; I0 - интенсивность падающего света;  - рассеивающий объем; x -расстояние от рассеивающего объема до приемника;  - поляризуемость молекулы; N0 - концентрация рассеивающих частиц;  - угол рассеяния; R - отношение Рэлея; К – оптическая постоянная раствора; (dn/dc) – инкремент показателя преломления; n – показатель преломления раствора; n0 – показатель преломления растворителя; с – концентрация раствора; dП/dc - производная осмотического давления по концентрации.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Уравнение Дебая

концентрацией:

диаметр частицы (мкм); S – содержание полимера в суспензии (%);

ρs – плотность полимера (г/мл); ρl – плотность полимерной суспензии (г/мл)

Найти:
N – число полимерных частиц в 1 мл суспензии (частиц/мл)

Решение:

Плотность полимерной суспензии:


Число полимерных частиц в 1 мл:

Письменные вопросы:

Какие факторы влияют на распределение частиц по размерам при
получении полимерных суспензий?

Какие факторы влияют на величину дзета-потенциала при получении
полимерных суспензий?