Анализдин седиментация ыкмасынын маңызы бөлүкчөлөрдүн (негизинен суюк чөйрөдөн) тунуу ылдамдыгын өлчөө болуп саналат. Жана тунуу ылдамдыгынын маанилерин колдонуп, бул бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрү жана алардын спецификалык бетинин аянты эсептелет. Бул ыкма суспензиялар, аэрозолдор, эмульсиялар сыяктуу дисперстик системалардын көптөгөн түрлөрүнүн бөлүкчөлөрүнүн, башкача айтканда, кеңири таралган жана ар кандай тармактар үчүн маанилүү болгон бөлүкчөлөрдүн параметрлерин аныктайт.
Дисперсия түшүнүгү
Ар түрдүү өндүрүш процесстеринде заттарды жана материалдарды мүнөздөгөн негизги технологиялык көрсөткүчтөрдүн бири алардын майдалыгы болуп саналат. Бул сөзсүз түрдө химиялык технология үчүн аппараттарды тандоодо, ар кандай тамак-аш продуктыларын өндүрүүдө жана башкаларда эске алынат. Бул заттардын бөлүкчөлөрүнүн азайышы менен фазалардын бетинин аянты чоңоюп, алардын өз ара аракеттенүү ылдамдыгы жогорулаганына гана эмес, ошондой эле бул учурда системанын кээ бир касиеттеринин өзгөрүшүнө байланыштуу.. Атап айтканда, эригичтиги жогорулайт, реактивдүүлүк жогорулайтзаттар, фазалык өтүү температуралары төмөндөйт. Ошондуктан ар кандай системалардын дисперсиясынын сандык мүнөздөмөлөрүн жана седиментациялык анализде табуу зарылчылыгы келип чыкты.
Дисперстүү фазадагы бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрү кандай байланышта болгонуна жараша системалар монодисперстик жана полидисперстик болуп бөлүнөт. Биринчиси бирдей өлчөмдөгү бөлүкчөлөрдөн гана турат. Мындай дисперстик системалар өтө сейрек кездешет жана чындыгында чыныгы монодисперстиктерге абдан жакын. Башка жагынан алып караганда, учурдагы дисперстик системалардын басымдуу көпчүлүгү полидисперс болуп саналат. Бул алардын өлчөмү боюнча айырмаланган бөлүкчөлөрдөн турат жана алардын мазмуну бирдей эмес дегенди билдирет. Дисперстик системалардын седиментациялык анализинин жүрүшүндө аларды түзүүчү бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрү аныкталат, андан кийин алардын өлчөмдөрүн бөлүштүрүү ийри сызыктары түзүлөт.
Теориялык негиздер
Седиментация – дисперстик фазаны түзүүчү бөлүкчөлөрдүн тартылуу күчүнүн таасири астында газ же суюк чөйрөдө чөгүрүү процесси. Эгерде бөлүкчөлөр (тамчылар) ар кандай эмульсияларда калкып жүрсө, чөктүрүүнү артка кайтарууга болот.
Сфералык бөлүкчөлөргө таасир этүүчү Гравитация Fg гидростатикалык оңдоо формуласы менен эсептелсе болот:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) g, мында ρ – заттын тыгыздыгы; r - бөлүкчөлөрдүн радиусу; ρ0 – суюктуктун тыгыздыгы; g - ылдамданууэркин түшүү.
Стокс мыйзамында сүрөттөлгөн сүрүлүү күчү Fη бөлүкчөлөрдүн чөгүшүнө каршы аракеттенет:
Fη=6 π η r ᴠsed, бул жерде ᴠsed - бөлүкчөлөрдүн ылдамдыгы жана η - суюктуктун илешкектүүлүгү.
Убакыттын бир бөлүгүндө бөлүкчөлөр туруктуу ылдамдыкта отура башташат, бул карама-каршы күчтөрдүн бирдейлиги менен түшүндүрүлөт Fg=Fη, бул теңдик дагы туура экенин билдирет:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. Аны өзгөртүү менен, бөлүкчө радиусу менен анын тунуу ылдамдыгы ортосундагы байланышты чагылдырган формуланы ала аласыз:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
Эгер бөлүкчөлөрдүн ылдамдыгын анын H жолунун кыймыл убактысына τ катышы катары аныктоого болорун эске алсак, анда Стокс теңдемесин жаза алабыз:
ᴠsat=N/t.
Анда бөлүкчөнүн радиусу анын жайгашуу убактысына төмөнкү теңдеме аркылуу байланышса болот:
r=K √N/t.
Бирок, седиментациянын мындай теориялык негиздемеси бир катар шарттарда жарактуу болоорун белгилей кетүү керек:
- Катуу бөлүкчөлөрдүн өлчөмү 10–5 менен 10–2 кара
- Бөлүкчөлөр шар формасында болушу керек.
- Бөлүкчөлөр туруктуу ылдамдыкта жана коңшу бөлүкчөлөргө көз каранды эмес кыймылдашы керек.
- Сүрүлүү дисперсиялык чөйрөнүн ички кубулушу болушу керек.
ортосунда болушу керек
Чыныгы суспензиялар көбүнчө камтыгандыктанформасы боюнча сфералык бөлүкчөлөрдөн олуттуу айырмаланган бөлүкчөлөр чөкмө талдоо үчүн эквиваленттүү радиус түшүнүгүн киргизет. Бул үчүн изилденүүчү суспензиядагы реалдуу материалдан жасалган гипотетикалык сфералык бөлүкчөлөрдүн радиусу жана ошол эле ылдамдыкта отургучтары эсептөө теңдемелерине алмаштырылат.
Практикада дисперстүү системалардагы бөлүкчөлөр өлчөмдөрү боюнча гетерогендүү жана седиментациялык анализдин негизги милдетин алардагы бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрүнүн таралышынын анализи деп атоого болот. Башкача айтканда, полидисперстик системаларды изилдөөдө ар кандай фракциялардын салыштырмалуу мазмуну (өлчөмдөрү белгилүү бир интервалда жаткан бөлүкчөлөрдүн жыйындысы) табылат.
Чөкмө анализинин өзгөчөлүктөрү
Седиментация жолу менен дисперстик системалардын анализин жүргүзүүнүн бир нече ыкмалары бар:
- гравитациялык талаада бөлүкчөлөрдүн тынч суюктукка жайгашуу ылдамдыгын көзөмөлдөө;
- суспензияны суюк агымда берилген өлчөмдөгү бөлүкчөлөрдүн фракцияларына кийин бөлүү үчүн;
- порошок заттардын белгилүү бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрү бар фракцияларга бөлүү, аба менен бөлүү;
- центрифугалык талаада өтө дисперстүү системалардын чөкүү параметрлерин көзөмөлдөө.
Эң көп колдонулгандардын бири - анализдин биринчи версиясы. Аны ишке ашыруу үчүн чөктүрүүнүн ылдамдыгы төмөнкү ыкмалардын бири менен аныкталат:
- микроскоп аркылуу көрүү;
- чогулган чөкмөлөрдү таразалоо;
- тундүрүү процессинин белгилүү бир мезгилиндеги дисперстүү фазанын концентрациясын аныктоо;
- чөкүү учурундагы гидростатикалык басымды өлчөө;
- тундуруу мезгилиндеги суспензиянын тыгыздыгын аныктоо.
Токтотуу концепциясы
Суспензиялар бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү 10-5 см ашкан катуу дисперстүү фазадан жана суюк дисперсиялык чөйрөдөн түзүлгөн орой системалар деп түшүнүлөт. Суспензиялар көбүнчө суюктуктардагы порошок түрүндөгү заттардын суспензиялары катары мүнөздөлөт. Чынында, бул такыр туура эмес, анткени суспензиялар суюлтулган суспензиялар болуп саналат. Катуу фазанын бөлүкчөлөрү кинетикалык жактан көз карандысыз жана суюктукта эркин кыймылдай алышат.
Көбүнчө пасталар деп аталган чыныгы (концентрацияланган) суспензияларда катуу бөлүкчөлөр бири-бири менен өз ара аракеттенишет. Бул белгилүү бир мейкиндик түзүлүштүн пайда болушуна алып келет.
Катуу дисперстүү фазалар жана суюк дисперстик чөйрөлөр тарабынан түзүлгөн дисперстүү системалардын дагы бир түрү бар. Алар лиозолдор деп аталат. Бирок, бөлүкчөлөрдүн өлчөмү бир топ кичине (10-7 дан 10-5 смге чейин). Ушуга байланыштуу алардагы седиментация анча чоң эмес, бирок лиозолдор броун кыймылы, осмос жана диффузия сыяктуу кубулуштар менен мүнөздөлөт. Суспензиялардын седиментациялык анализи алардын кинетикалык туруксуздугуна негизделген. Бул суспензиялар дисперсиялык чөйрөдө майдалык жана бөлүкчөлөрдүн тең салмактуу бөлүштүрүлүшү сыяктуу параметрлердин убакыттын өзгөрүшү менен мүнөздөлөт дегенди билдирет.
Методология
Чөкмө талдоо фольга чөйчөгү менен буралма таразаны колдонуу менен жүргүзүлөт(диаметри 1-2 см) жана бийик стакан. Анализди баштаардын алдында чөйчөктү дисперсиялык чөйрөдө таразага тартып, толтурулган стаканга салып, таразаны теңдейт. Муну менен катар анын чөмүлүү тереңдиги өлчөнөт. Андан кийин, чөйчөк алынып, тез сыналуучу суспензиясы бар стаканга салынат, ал эми аны баланстык устундун илгичине илип коюу керек. Ошол эле учурда секундомер иштей баштайт. Таблицада убакыттын каалаган чекиттеринде жааган жаан-чачындын массасы боюнча маалыматтар камтылган.
| Окуу башталгандан берки убакыт, s | Чөкмө менен чөйчөктүн массасы, g | Чөкмөнүн массасы, g | 1/t, c-1 | Чөгүүнүн чеги, g |
Таблица маалыматтарын колдонуу менен график кагазына чөкмө ийри сызыгын тартыңыз. Ординат огунун боюнда отурукташкан бөлүкчөлөрдүн массасы, абсцисса огу боюнча убакыт графиги тартылат. Бул учурда, андан аркы графикалык эсептөөлөрдү жүргүзүүгө ыңгайлуу болушу үчүн адекваттуу масштаб тандалат.
Ийри талдоо
Монодисперстик чөйрөдө бөлүкчөлөрдүн чөкүү ылдамдыгы бирдей болот, бул чөкүү бир тектүүлүк менен мүнөздөлөт дегенди билдирет. Бул учурда чөкмө ийри сызыктуу болот.
Полидисперстик суспензияны чөктүрүүдө (бул практикада болот) ар түрдүү өлчөмдөгү бөлүкчөлөр чөкүү ылдамдыгы боюнча да айырмаланат. Бул графикте тунуктуу катмардын чек арасынын бүдөмүктөлүшү менен көрсөтүлгөн.
Чөкүү ийри сызыгы аны бир нече сегменттерге бөлүү жана тангенстерди тартуу аркылуу иштетилет. Ар бир тангенс өзүнчө чөгүүнү мүнөздөйтсуспензиянын монодисперстик бөлүгү.
бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн бөлүштүрүүнүн жалпы идеясы
Тоо тектеги белгилүү өлчөмдөгү бөлүкчөлөрдүн сандык курамы адатта гранулометриялык состав деп аталат. Ага көзөнөктүү чөйрөлөрдүн кээ бир касиеттери көз каранды, мисалы, өткөргүчтүк, спецификалык беттик аянты, көзөнөктүк ж.б. Бул касиеттерге таянып, өз кезегинде тоо тектеринин пайда болушунун геологиялык шарттары жөнүндө тыянак чыгарууга болот. Мына ошондуктан чөкмө тектерди изилдөөнүн алгачкы этаптарынын бири гранулометриялык анализ болуп саналат.
Ошентип, мунай менен байланышта болгон кумдардын гранулометриялык составын талдоонун натыйжалары боюнча нефть промыселинин практикасында жабдууларды жана иш тартибин тандап алышат. Кудукка кум кирбеши үчүн чыпкаларды тандоого жардам берет. Составдагы чопо жана коллоиддик-дисперстүү минералдардын өлчөмү иондордун сиңирүү процесстерин, ошондой эле суудагы тектердин шишип кетүү даражасын аныктайт.
Тоо тектердин гранулометриялык курамынын чөкмө анализи
Седиментация принциптерине негизделген дисперстик системаларды анализдөө бир катар чектөөлөргө ээ болгондуктан, аны тоо тектердин курамын гранулометриялык изилдөө үчүн таза түрүндө колдонуу тиешелүү ишенимдүүлүктү жана тактыкты камсыз кыла албайт. Бүгүнкү күндө ал компьютердик программаларды колдонуу менен заманбап жабдууларды колдонуу менен аткарылууда.
Алар баштапкы катмардан тоо бөлүкчөлөрүн изилдөөгө мүмкүндүк берет, топтолууну үзгүлтүксүз жазууга мүмкүндүк беретчөкмө, теңдемелер менен жакындаштырууну кошпогондо, чөкүү ылдамдыгын түздөн-түз өлчөө. Жана, андан кем эмес маанилүү, алар туура эмес формадагы бөлүкчөлөрдүн седиментациясын изилдөөгө мүмкүндүк берет. Тигил же башка өлчөмдөгү үлүшүнүн пайызы компьютер тарабынан үлгүнүн жалпы массасынын негизинде аныкталат, демек аны анализдөөнүн алдында таразага салуу зарыл эмес.
