Sedimentační analýza

Sedimentační analýza je soubor metod pro stanovení velikosti částic v disperzních systémech a molekulové hmotnosti makromolekul v roztocích polymerů rychlostí sedimentace za podmínek sedimentační-difúzní rovnováhy.

Sedimentační rovnováha

Sférické rozptýlené částice jsou ovlivněny gravitační silou , která je úměrná zdánlivé (s přihlédnutím k Archimedovu zákonu ) hmotnosti:

P={\frac {4}{3}}r^{3}\pi g\Delta \rho ,

kde je gravitační zrychlení , je rozdíl mezi hustotami částice a média. $G$ ${\displaystyle \Delta \rho =\rho _{2}-\rho _{1))$

Působením síly se částice začnou rychle pohybovat, současně však na ně působí střední odporová síla, která je úměrná jejich rychlosti , poloměru a viskozitě média ( Stokesův zákon ): $P$ $F$ $U$ $r$ $\eta$

F=6\pi U\eta r.

S rostoucí rychlostí částice nastává okamžik, kdy odporová síla média vyrovnává gravitační sílu působící na částici, a po tomto okamžiku se částice pohybuje konstantní sedimentační rychlostí : $F$ $P$ $U$

U={\frac {gV\Delta \rho }{6\pi \eta r)),

kde je objem kulové částice o poloměru . $V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}$ $r$

Při sedimentaci částic vzniká gradient jejich koncentrace směřující ve směru vektoru zrychlení, tento gradient vede k difúzi částic ve směru jejich nižší koncentrace, tedy ve směru opačném ke směru sedimentace. ; zároveň se po nějaké době ustaví dynamická rovnováha, kdy se sedimentační a difúzní toky částic vzájemně vyrovnají - nastane sedimentačno-difúzní rovnováha, koncentrace částic v takové rovnováze je popsána barometrickým vzorcem :

n_{h}=n_{0}\exp \left[-{\frac {aVh\Delta \rho }{kT}}\right].

kde je koncentrace částic v závislosti na výšce (souřadnicích, podél kterých je směrován vektor zrychlení ), 1/m 3 ;

{\displaystyle n_{h))

n_{0}

je koncentrace částic ve výšce (souřadnici) 1/m 3 ;

h=0

A

- modul vektoru zrychlení, m/s 2 ;

PROTI

je objem částic, m3 ;

h

— aktuální výška (souřadnice), m;

\Delta \rho

— rozdíl hustoty mezi částicemi a médiem, kg/m 3 ;

k

— Boltzmannova konstanta , J/K;

T

je absolutní teplota , K.

Metody sedimentační analýzy

Typicky se sedimentace v gravitačním poli používá pro hrubé systémy ( suspenze , emulze ), jejichž velikost částic přesahuje 1 mikron. Jedním z tradičních nástrojů pro tento účel jsou torzní váhy .

Sedimentace v odstředivém poli se používá ke studiu koloidních systémů a roztoků polymerů; odstředivá zrychlení dosahují stovek tisíc a jsou realizována v ultracentrifugách s rychlostí rotoru až několik desítek tisíc otáček za minutu. $G$

Poměr rychlosti sedimentace k odstředivému zrychlení (sedimentační konstanta) je důležitou molekulárně kinetickou charakteristikou systému. Závisí na hmotnosti a tvaru fázových částic nebo molekulové hmotnosti makromolekul. Jednotkou sedimentační konstanty je swedberg , která je v literatuře označována jako velká latina . $S$

Tyto metody umožňují získat jak průměrnou disperzní charakteristiku, tak křivky velikosti částic nebo distribuce hmotnosti (u polymerů distribuce molekulové hmotnosti).

Literatura

1. Khodakov G. S., Yudkin Yu. P. Sedimentační analýza vysoce disperzních systémů. - M., 1981.

Sedimentační analýza

Sedimentační rovnováha

Metody sedimentační analýzy

Literatura

Viz také