Спосіб визначення динамічного поверхневого і міжфазового натягів розчинів поверхнево-активних речовин

Винахід відноситься до галузі досліджень на міжфазних границях розділу, зокрема до визначення динамічного поверхневого натягу (ПН) на границі розділу рідина - газ і динамічного міжфазного натягу (МН) на границі розділу двох рідин, кожна із яких може бути розчином поверхнево-активних речовин (ПАР). Відомий спосіб визначення ПН, при якому розрив поверхневої плівки здійснюється шляхом прикладання різниці потенціалів між поверхнею рідини і підставним кільцевим електродом, розташованим над цією поверхнею, при цьому по величині різниці потенціалів в момент розриву плівки судять про величину ПН (1). Недоліком даного способу є необхідність в руйнуванні досліджуваної поверхні розділу фаз при кожному із вимірів, що не дозволяє використовувати його для вимірювання динамічного ПН, а також значна складність при його реалізації. Відомий спосіб визначення ПН І МН, при якому на досліджуваній поверхні розташовують металічне кільце з відомими розмірами, яке підвішене на одну сторону коромисла технічної ваги. Друга сторона коромисла навантажується різновагами до тих пір, поки кільце не відірветься від поверхні рідини. По виміряній максимальній силі, прикладеній до кільця при його відриві, вираховують ПН і МН (2). Даний спосіб є простішим в реалізації в порівнянні із способом визначення ПН по різниці потенціалів. Однак обидва вказані способи дозволяють визначати ПН і МН на границі розділу тільки чистих однокомпонентних рідин. При вимірюванні динамічних ПН чи МИ розчинів ПАР вказаними способами виникають значні похибки, які пов'язані з розривом поверхні розділу фаз, в результаті чого порушується адсорбційна рівновага на цій поверхні. Запропонований спосіб направлений на вирішення задачі по проведенню вимірювання без розриву поверхні, що дасть можливість підвищити точність визначення динамічних ПН і МН розчинів ПАР. Згідно даного способу здійснюють вимірювання прикладеної сили і висоти підняття кільця h в різних його положеннях без відриву від поверхні, розраховують коефіцієнти апроксимаційної квадратичної залежності прикладеної сили від висоти підняття кільця, а значення максимальної сили для розрахунку поверхневого і міжфазового натягів визначають пошуком екстремуму отриманої апроксимованої залежності. Вибір квадратичної функції виду для апроксимації залежності прикладеної сили від висоти підняття кільця грунтується на основі проведених теоретичних і практичних досліджень процесу підйому кільця. Причому коефіцієнти і функції (1) можуть приймати як додатні, так і від'ємні значення залежно від величини ПН чи МН досліджуваних розчинів. Дана функція має один екстремум - максимальне значення прикладеної сили визначення якої є необхідним для розрахунку ПН чи МН за формулою (3): де - радіус кільця, - фактор корекції, що враховує розміри посудини з рідиною чи рідинами, поверхня розділу фаз яких досліджується, розміри дроту, з якого виготовлене кільце, і різницю густин двох середовищ, на границі яких визначається ПН чи МН. Таким чином, новизна і технічна ефективність запропонованого способу полягає в можливості визначення динамічного ПН і МН розчинів ПАР без відриву кільця від поверхні розділу, що дозволяє значно підвищити точність їх визначення, а також скоротити час, необхідний для проведення вимірювань із-за відсутності потреби у витримці поверхні розділу фаз з метою відновлення на ній попереднього стану. Даний спосіб дає можливість також визначати рівноважний ПН, який відповідає досягненню рівноважної концентрації адсорбенту розчину на поверхні розділу фаз. Вказаний спосіб може бути реалізований з допомогою пристрою, блок-схема якого показана на кресленні (фіг.). В посудині 1 знаходиться рідина чи дві рідини, поверхня розділу фаз яких досліджується з допомогою металевого кільця 2, нитка підвісу 3 якого з'єднана з тензодатчиком 4, що подає сигнал через аналого-цифровий перетворювач 5 на мікропроцесор 6. Кроковий двигун 7, робота якого керується блоком управління 8, призначений для здійснення через передаточний механізм 9 дискретних переміщень посудини 1 відносно кільця 2. Через аналого-цифровий перетворювач 10 і цифро-аналоговий перетворювач 11 здійснюється відповідно прямий і зворотний зв'язок між блоком управління двигуном 7 і мікропроцесором 6, який дає можливість по заданих програмах екстраполювати функцію з пошуком максимального її значення за відомими в декількох точках значеннями аргумента і функцій (4). На цифровому індикаторі 12 висвічується величина ПН чи МН досліджуваної поверхні розділу фаз і час існування цієї поверхні від моменту дотику кільця до неї. Визначення динамічних ПН чи МН за допомогою описаного пристрою проводять таким чином. Наливають в посудину 1 одну чи дві незмішувані рідини так, щоб досліджувана поверхня розділу фаз не була в контакті із металевим кільцем. Через блок управління двигуном 8 вмикають кроковий двигун 7 для руху посудини 1 вгору. Момент дотику кільця з досліджуваною поверхнею реєструється тензодатчиком 4, який через аналого-цифровий перетворювач 5 подає сигнал на мікропроцесор 6 і на цифровому індикаторі 12 вмикається відлік часу. Сигнал з мікропроцесора подається через цифро-аналоговий перетворювач 11 на блок управління двигуном і посудина 1 починає дискретно рухатися вниз. Блок управління двигуном дає можливість з достатньою точністю керувати швидкістю і величиною дискретного переміщення посудини, так як один крок двигуна 7 відповідає конкретній величині переміщення посудини. Через аналого-цифрові перетворювачі 5 і 10 на мікропроцесор поступає інформація відповідно про величини натягу нитки підвісу 3 ще не відірваного від поверхні розділу фаз кільця і про величини переміщення посудини. Мікропроцесор по введеній програмі екстраполює функцію залежності зусилля від переміщення, знаходить максимальну величину зусилля і відповідне їй переміщення, після чого по формулі (2) розраховує ПН чи МН. Значення отриманої таким чином величини ПН чи МН досліджуваного розчину ПАР, а також час існування поверхні розділу фаз від моменту дотику АО нет кільця висвічуються на індикаторі 12. Одночасно сигнал від мікропроцесора через цифро-аналоговий перетворювач 11 поступає на блок управління двигуном для попередження відриву кільця. При визначенні наступного значення динамічного ПН чи МН досліджуваної поверхні розділу фаз мікропроцесор 6 подає сигнал на блок управління двигуном для приведення посудини 1 в положення, яке вона займала в момент дотику поверхні розчину з кільцем. Після цього процес вимірювання повторюється аналогічно вищеописаному. При цьому відлік часу існування поверхні розділу фаз ведеться від моменту дотику поверхні розчину із кільцем. Процес визначення наступних значень динамічного ПН чи МН розчину ПАР проводиться мікропроцесором б до тих пір, поки два останні розраховані ним значення ПН чи МН не будуть відрізнятися між собою на наперед задану величину, яка буде визначати точність знаходження рівноважного ПН чи МН. Описаний вище спосіб і пристрій дають можливість підвищити точність визначення динамічного поверхневого натягу, що, в свою чергу, забезпечить підвищення якісних показників відповідних технологічних процесів, де поверхневі явища мають важливе значення.