Експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину

Корисна модель відноситься до області нанотехнологій і може бути використана для експрес-оцінки концентрації і розмірів наночастинок в колоїдних розчинах. Відомий спосіб визначення розмірів частинок водних дисперсних систем шляхом пропускання проби, що аналізується, паралельно через декілька фільтруючих елементів з різним розміром пір і визначенні змісту дисперсної фази в пробі, що аналізується, по її змісту на фільтруючих елементах, при цьому в якості фільтруючих елементів використовують пористі мембрани (Заявка России №96105480. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ВОДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. МПК6 B01D61/00, G01N15/06. Опубликовано: 1997.07.27) Недоліком відомого способу є його висока трудомісткість і низька оперативність. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб визначення концентрації і розмірів частинок в суспензії, що полягає в нанесенні заданого об'єму проби на змочувану поверхню, освітленні поверхні з частинками пучком світла при її рівномірному переміщенні перпендикулярно оптичної осі системи і подальшому аналізі отриманих даних, при цьому частинки освітлюють світлом, що проходить, через вимірювальну діафрагму оптичної системи, і під час руху поверхні в заданому напрямі знімають інтегрально-диференціальні криві інтенсивності оптичного поглинання випромінювання, що пройшло через покриті плівкою частинку і область навколо неї, потім отримані криві піддають аналізу, при цьому горизонтальний розмір частинки визначають по тривалості вихідного сигналу, товщину частинки по максимальній позитивній амплітуді сигналу при вході або виході частинки з проекції вимірювальної діафрагми (Патент России №2092810. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПРОБЫ СУСПЕНЗИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТИЦ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ И ЧИСЛА ЧАСТИЦ В СУСПЕНЗИИ. МПК6 G01N15/02, G01N15/06. Опубликовано: 1997.10.10). Спосіб складний в реалізації і не гарантує рівномірного розміщення частинок уздовж деякої смуги, що значно ускладнює подальший аналіз і знижує оперативність способу. В основу корисної моделі поставлена задача зниження трудомісткості і підвищення оперативності способу. Запропонований спосіб визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину заснований на ефекті Тіндаля і полягає в освітленні наночастинок колоїдного розчину пучком світла, оцінці величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання і подальшому аналізі отриманих даних шляхом порівняння отриманих даних з аналогічними даними, отриманими на колоїдних розчинах з відомими концентраціями і відомими розмірами наночастинок, і, відповідно до цієї пропозиції, освітлення наночастинок проводять в приповерхневому шарі колоїдного розчину паралельним пучком когерентного світла, а оцінку величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання проводять шляхом вимірювання довжини і інтенсивності керна конуса Тіндаля, що світиться і спостерігається в пучку світла в приповерхневому шарі колоїдного розчину. При цьому здійснюють щонайменше триразове освітлення наночастинок колоїдного розчину переважно монохроматичними пучками світла з різними відомими значеннями довжини хвилі. Освітлення наночастинок проводять в приповерхневому шарі колоїдного розчину, що дозволяє підвищити точність способу при збереженні його оперативності, оскільки при цьому забезпечується найбільша яскравість керна конуса Тіндаля, що світиться, за рахунок мінімального затінювання керна тонким шаром колоїдного розчину. Освітлення наночастинок проводять паралельним пучком когерентного світла, що дозволяє спостерігати в конусі Тіндаля керн, що світиться. Оцінку величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання проводять шляхом вимірювання довжини і інтенсивності керна конуса Тіндаля, що світиться і спостерігається в пучку світла в приповерхневому шарі колоїдного розчину. Це дозволяє спростити спосіб і підвищити його оперативність. Здійснюють щонайменше триразове освітлення наночастинок колоїдного розчину переважно монохроматичними пучками світла з різними відомими значеннями довжини хвилі, що дозволяє підвищити точність способу за рахунок отримання даних про поглинання і розсіяння світла при декількох значеннях довжини хвилі. Експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину здійснюють таким чином. Досліджуваний колоїдний розчин поміщають в скляну кювету з плоскопаралельними стінками. Проводять освітлення наночастинок колоїдного розчину пучком світла від лазера, направляючи пучок світла в приповерхневий шар колоїдного розчину. Експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину заснований на застосуванні ефекту Тіндаля. Ефект Тіндаля - це свідчення оптично неоднорідного середовища внаслідок розсіяння світла, що проходить через нього. Ефект обумовлений дифракцією світла на окремих наночастинках або елементах структурної неоднорідності середовища, розмір яких набагато менше довжини хвилі розсіюваного світла. Світло виходить від окремих крапок - дифракційних плям при освітленні колоїдного розчину. Інтенсивність розсіяного в даному напрямі світла при постійних параметрах падаючого світла залежить від числа розсіюючих частинок і їх розміру. Ефект Тіндаля характерний для колоїдних систем, що мають показник заломлення, відмінний від показника заломлення дисперсійного середовища. Даний ефект зазвичай спостерігається у вигляді світлого конуса на темному фоні при пропусканні світлового пучка збоку через скляну кювету з плоскопаралельними стінками, заповнену колоїдним розчином. (Коузов П.А., Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов, 3 изд., Л., 1987.) Ефект Тіндаля дозволяє виявити частинки розмірами від 20-50нм і до 1-5мкм (Физика. Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. - С.90, 460.) По розсіяному світлу не можна безпосередньо визначити дійсні розміри, форму і структуру частинок. Проте, порівнюючи інтенсивності світлорозсіяння колоїдних розчинів, один з яких має відому концентрацію і відомі середні розміри частинок, шляхом аналізу отриманих даних визначають концентрацію або ступінь дисперсності досліджуваного колоїдного розчину. Використовуючи дані, отримані на еталонних колоїдних розчинах, можна достатньо точно встановити наявність, чисельну концентрацію частинок, середній розмір частинок. При пропусканні через приповерхневий шар колоїдного розчину паралельного пучка світла від гелійнеонового лазера в колоїдному розчині виникає свічення. По осі пучка світла спостерігається керн, який світиться і має форму конуса, що сходиться. Довжина керна, що світиться, і інтенсивність його свічення залежать від концентрації колоїдного розчину і розмірів наночастинок. Здійснюють вимірювання довжини і інтенсивності керна конуса Тіндаля, що світиться і спостерігається в пучку когерентного світла в приповерхневий шарі колоїдного розчину. Значення концентрації досліджуваного розчину і середні розміри наночасток в ньому визначають при подальшому аналізі отриманих даних шляхом порівняння отриманих даних з аналогічними даними, отриманими на колоїдних розчинах з відомими концентраціями і відомими розмірами наночастинок. Дані, отримані на еталонних колоїдних розчинах з відомими концентраціями і відомими розмірами наночасток зводяться в таблиці, які використовують для експрес-визначення концентрації і розмірів наночастинок досліджуваного колоїдного розчину. Для набуття точніших значень концентрації і розмірів наночастинок здійснюють багатократне освітлення наночастинок колоїдного розчину монохроматичними пучками світла з різними відомими значеннями довжини хвилі. Для цього використовують лазери з різними значеннями довжини хвилі світла, що випускається. Це дозволяє підвищити точність способу за рахунок отримання даних про поглинання і розсіяння світла при декількох значеннях довжини хвилі шляхом зіставлення отриманих даних з аналогічними даними, отриманими на еталонних колоїдних розчинах і зведеними в таблиці.