Седиментационный анализ суспензий

Размеры частиц дисперсной фазы оказывают основное влияние на физико-химические свойства дисперсной системы. Наибольшее распространение для определения размеров частиц дисперсной фазы получили методы седиментационного анализа, основанные на определении скорости оседания частиц под действием силы тяжести. Применение этих методов возможно для дисперсных систем, содержащих частицы, кинетическая энергия которых недостаточна для противодействия силе тяжести. При оседании полидисперсной суспензии частицы большего размера будут иметь большую скорость по сравнению с частицами меньшего размера. Мелкие частицы под действием силы тяжести оседают очень медленно, что ограничивает применение этих методов к высокодисперсным системам. Для таких систем осаждение проводят под действием центробежных сил с применением ультрацентрифуг различной конструкции.

5.1. Теоретические основы седиментационного анализа

Рассмотрим движение твердой частицы шарообразной формы в жидкости. Силой, вызывающей ее оседание, является вес этой частицы:

где m – масса частицы, кг; g – ускорение свободного падения, 9,8 ; R – радиус частицы, м; d_T – плотность частицы, .

Потеря в весе частицы, находящейся в жидкости, по закону Архимеда составляет:

где d_Ж – плотность жидкости.

Следовательно, сила, под действием которой оседает частица в жидкой среде:

(5.1)

Вначале движение частицы происходит с ускорением, однако она испытывает силу сопротивления (f₁), которая определяется по закону Стокса:

(5.2)

где η – вязкость жидкости, Па×с; V – скорость движения частицы, .

После выравнивания этих сил частица движется равномерно с постоянной скоростью (V) определив которую легче найти радиус частицы:

или

Отсюда:

(5.3)

Необходимо только иметь в виду, что определение радиуса по уравнению (5.3) дает не действительную величину, а лишь некоторый эффективный радиус, соответствующий радиусу сферической частицы того же вещества, оседающей с той же скоростью. Такой радиус называется эквивалентным.