Седиментациялық талдау

Седиментациялық талдау – седиментациялық қ исық ты эксперементальді тү рде, яғ ни шө гу массасының m дисперстік фазаның тұ ну (шө гу) уақ ытына тә уелділігін алудан тұ рады.

Бұ л ү дерістің негізгі заң дылық тарын еске алайық. Егер де радиусы r жә не тығ ыздығ ы ρ шар тә різді бө лшекті тығ ыздығ ы р₀, ал тұ тқ ырлығ ы η тең сұ йық тық қ а салатын болсақ, оғ ан мынадай салмақ кү ші (седиментациялық кү ш) ә сер етеді.

F_сед=V(ρ – ρ ₀)g

мұ ндағ ы, V- бө лшек кө лемі, ¾ π r³ тең, g- еркін тү су ү деуі.

Бө лшек тұ на бастағ анда, қ арсы ә сер ететін кү ш ү йкеліс кү ші (F_{ү йк}) пайда болады.

F_{ү йк}=B· U

мұ ндағ ы, B- ү йкеліс коэффициенті, ал U- шө гу жылдамдығ ы.

Бастапқ ыда бө лшек тез қ озғ алады, ө йткені жылдамдық аз болғ анда тартылыс кү ші ү йкеліс кү шінен басым болады. Жылдамдық тың артуына байланысты ү йкеліс кү ші ө седі де, бір кезде тепе-тең дік сақ талады F_сед=F_{ү йк} , яғ ни бө лшектер тұ рақ ты жылдамдық та қ озғ алады.

Тепе-тең дік орналасу ү шін ө те аз уақ ыт кетеді. 50 мкм рудиусы бар кварц бө лшегі ү шін, уақ ыт 3, 4*10^-3 с қ ұ райды, 1 мкм радиус бө лшегі ү шін 1, 7*10^-6 с уақ ыт қ ажет.

Жоғ арыда келтірілген тең деулерден:

Стокс заң ына сә йкес B=6π η r, жә не де V=¾ π r³ есепке ала отырып,

тең деуін аламыз.

Сонымен, седиментация жылдамдығ ы радиус бө лшегінің квадратына тура пропорционал болады екен. Ә р тү рлі ө лшемдердегі бө лшектер тү рлі жылдамдық пен тұ нады: неғ ұ рлым бө лшек ү лкен болса, соғ ұ рлым тұ ну жылдамдығ ы кө п. Егер тұ ну жылдамдығ ын эксперимент арқ ылы анық тайтын болсақ, онда бө лшектін радиусын оң ай есептеуге болады:

η, g, ρ жә не ρ ₀ жү йені сипаттайтын ө лшемдер, олар дисперстілікке тә уелді емес, ендеше:

Бұ л тең деу Стокс заң ы орындалатын шарттарда қ олдануғ а болады, атап айтқ анда:

· бө лшектердің пішіні сфералық болу керек;

· бір – біріне тә уелсіз, тұ рақ ты жылдамдық та ламинарлы қ озғ алыста болуы керек;

· ү йкеліс дисперстеуші орта ү шін ішкі қ ұ былыс болып табылады.

Бұ л шарттар бө лшектерінің ө лшемдері 10^-5–10^-2 см аралығ ындағ ы болатын жү йелер ү шін орындалады.

Егер де бө лшектердің ө лшемдері 10^-2 см-ден ү лкен болса, олардың тұ нуында жоғ арғ ы жылдамдық қ а ие болып дисперстік фазаның қ абаттары жарылады, қ озғ алып жатқ ан бө лшектін артында қ ұ йын болады, яғ ни қ ысымның тү рлілігі, бө лшектердің қ озғ алысына кедергі жасайды. Нә тижесінде қ озғ алыстың ламинарлы режимі бұ зылып –турбуленттілік пайда болады. Егер де тартылыс кү шінен ү йкеліс кү ші кө п болатын болса, қ озғ алыс бір қ алыпты ү демелі болады, демек жоғ арыда келтірілген тең деулерді қ олдануғ а болмайды.

Егер де бө лшектердің ө лшемдері 10^-5см-ден кем болса, ондай бө лшектер броундық қ озғ алыста болып, нә тижесінде диффузия седиментацияғ а қ арама-қ арсы бағ ытталады.

Мұ ндай бө лшектердің қ озғ алыстары конвекциялық жылу ағ ындары қ атты ә серін тигізеді.

Жеке бө лшектердің седиментациясына кө рші бө лшектер ә серін тигізбеу қ ажет. Бө лшектердің бір – біріне ә серін тигізуден арылу ү шін, седиментацияны мү мкіндігінше сұ йылтылғ ан жү згінде (концентрациясы 1%-дан аспайтын) ө ткізу қ ажет.

Седиментациялық талдауды қ олданудың негізгі шарты-оларды тұ ндыратын сұ йық тық тың бө лшектерде жұ ғ уы. Осы жағ дайда қ атты бө лшектердің бетінде бө лшектермен бірге қ озғ алатын сұ йық тық молекулаларының қ абаттары тү зіледі. Бө лшектер қ озғ алғ анда сұ йық тық тын екі қ абатының арасында (қ атты бет пен сұ йық тық арасында емес) сырғ у (жылжу) болады да, Стокс тең деуіндегі η шамасы шын мә нінде сұ йық тық тың тұ тқ ырлығ ы болады. Оның ү стіне, жұ қ пайтын бө лшектерде ә детте ауа кө піршіктері тү зіледі де, анық таудың нә тижесін ө згертеді. Егер бө лшектерде орта нашар жұ қ са, онда бө лшектердін агрегациясы болып, ол да талдау нә тижелерін ө згертеді. Сол себептен егер зерттелетін затта берілген сұ йық тық нашар жұ қ са, онда жұ қ тырғ ыштар (ә детте қ андайда-бір беттік активтік зат) қ осу керек.