Експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину

Експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину, заснований на ефекті Тіндаля, що полягає в освітленні наночастинок колоїдного розчину пучком когерентного світла, оцінці величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання шляхом вимірю вання довжини і інтенсивності конуса Тіндаля, що спостерігається в пучку світла, і подальшому аналізі отриманих даних шля хом порівняння отриманих даних з аналогічними даними, отриманими на колоїдних розчинах з відомими концентраціями і відомими розмірами наночастинок, який відрізняється тим, що оцінку величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання проводять при спостереженні конуса Тіндаля в тілесному куті з Корисна модель відноситься до області нанотехнологій і може бути використана для експресоцінки концентрації і розмірів наночастинок в колоїдних розчинах. Відомий спосіб визначення розмірів частинок водних дисперсних систем шляхом пропускання аналізованої проби паралельно через декілька фільтруючи х елементів з різним розміром пір і визначення вмісту дисперсної фази в аналізованій пробі по її вмісту на фільтруючи х елементах, при цьому в якості фільтруючих елементів використовують пористі мембрани (Заявка Росії №96105480. СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ФРАКЦІЙНОГО СКЛАДУ ВОДНИХ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ. МПК 6 B01D61/00, G01N15/06 . Опубліковано: 1997.07.27) Недоліком відомого способу є його висока трудомісткість і низька оперативність. Відомий 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 інтегральнодиференціальні криві інтенсивності оптичного по глинання 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 рівномірне розміщення частинок уздовж деякої смуги, що значно ускладнює подальший аналіз і знижує оперативність способу. Найбільш близьким до пропонованого є експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину, заснований на ефекті Тіндаля, що полягає в освітленні наночастинок колоїдного розчину пучком світла, оцінці величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання і подальшому аналізі отриманих даних шля хом порівняння отриманих даних з аналогічними даними, отриманими на колоїдних розчинах з відомими концентраціями і відомими розмірами наночастинок, при цьому освітлення кутом розкриття менше 60° ( 4p Sin2 (60/4)° стера (19) UA (11) 35106 (13) U діан), переважно менше 30° ( 4p Sin2 (30/4)° стерадіан). 3 35106 наночастинок проводять в приповерхневому шарі колоїдного розчину паралельним пучком когерентного світла, а оцінку величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання проводять шляхом вимірювання довжини керна і інтенсивності конуса Тіндаля, що світи ться і спостерігається в пучку світла в приповерхневому шарі колоїдного розчину (див. Рішення про видачу патенту України на корисну модель. Експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину. Заявка № u 2007 12474. МПК GO IN 15/02. Дата подання заявки 12.11.2007.). Недоліком відомого способу є те, що при низьких концентраціях розчину різко зменшується розсіювання світла в напрямі, перпендикулярному напряму розповсюдження пучка світла, в якому необхідно спостерігати конус Тіндаля. Це призводить до великої погрішності визначення концентрації і розмірів наночастинок, яка тим більше, чим менше концентрація колоїдного розчину. Крім того, відомий спосіб необхідно здійснювати в затемненому приміщенні. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення чутливості способу і зниження погрішності визначення величин концентрації і розмірів наночастинок в колоїдних розчинах з низькою концентрацією. Запропонований, як і відомий експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину заснований на ефекті Тіндаля і полягає в освітленні наночастинок колоїдного розчину пучком когерентного світла, оцінці величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання шляхом вимірювання довжини і інтенсивності конуса Тіндаля, що спостерігається в пучку світла, 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, оцінку величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання проводять при спостереженні конуса Тіндаля в тілесному куті з кутом розкриття менше 2 60° ( 4p Sin (60/4)° стерадіан), переважно менше 2 30° ( 4p Sin (30/4)° стерадіан). Оцінку величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання проводять при спостереженні конуса Тіндаля в тілесному куті з кутом роз2 криття менше 60° ( 4p Sin (60/4)° стерадіан). Це дозволяє понизити погрішність визначення концентрації і розмірів наночастинок в колоїдних розчинах з низькою концентрацією і підвищити чутливість способу, оскільки розсіяння випромінювання в тілесному вугіллі з кутом розкриття менше 60° 2 ( 4p Sin (60/4)° стерадіан) набагато більше, ніж в напрямі перпендикулярному напряму розповсюдження пучка світла, в якому зазвичай спостерігають конус Тіндаля. При цьому інтенсивність розсіювання випромінювання в тілесному куті зростає у міру зменшення тілесного кута і у міру наближення напрямів розсіювання світла до лінії розповсюдження пучка світла, що дозволяє упевнено спостерігати ефект Тіндаля навіть в незатемненому 4 приміщенні. У зв'язку з цим, для упевненого спостереження ефекту Тіндаля в незатемненому приміщенні оцінку величини оптичного поглинання і розсіяння випромінювання проводять при спостереженні конуса Тіндаля в тілесному куті з кутом 2 розкриття переважно менше 30° ( 4p Sin (30/4)° стерадіан). Експрес-метод визначення концентрації і розмірів наночастинок колоїдного розчину здійснюють таким чином. Експрес-метод заснований на застосуванні ефекту Тіндаля. Ефект Тіндаля - це свічення оптично неоднорідного середовища унаслідок 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 ви ходить від окремих точок - 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.). Проте при малих концентраціях різко зменшується розсіювання світла в напрямі, перпендикулярному напряму розповсюдження пучка світла, в якому необхідно спостерігати конус Тіндаля, оскільки ефект Тіндаля в цьому випадку проявляється слабо, що вимагає затемненого приміщення. При цьому в тілесному куті і з малим кутом розкриття в області, прилеглої до лінії розповсюдження пучка світла, інтенсивність розсіяння залишається високою. Тому необхідно спостерігати конус Тіндаля в тілесному куті з кутом розкриття менше 60°, переважно менше 30°, тоді ефект Тіндаля упевнено спостерігається навіть при малих концентраціях наночастинок в розчині і в незатемненому приміщенні. Досліджуваний колоїдний розчин поміщають в скляну кювету з плоскопаралельними стінками. Проводять освітлення наночастинок колоїдного розчину пучком світла від лазера, направляючи пучок світла через шар колоїдного розчину. При пропусканні через колоїдний розчин паралельного пучка світла від гелій-неонового лазера в колоїдному розчині виникає свічення. По осі пучка світла спостерігається керн, який світиться і має форму конуса, що сходиться. Довжина і інтенсивність свічення керна, що світиться, залежать від концентрації колоїдного розчину і розмірів наночастинок. Здійснюють вимірювання довжини і інтенсивностісті керна конуса Тіндаля, що світиться і спостерігається в пучку когерентного світла в тілесному куті з кутом розкриття менше 60°, ефект Тіндаля дозволяє виявити частинки розмірами від 20-50 нм і до 1-5 мкм (Физика. Большой энциклопедический 5 35106 словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.). По розсіяному світлу не можна безпосередньо визначити дійсні розміри, форму і структур у частинок. Проте, порівнюючи інтенсивності світлорозсіяння колоїдних розчинів, один з яких має відому концентрацію і відомі середні розміри частинок, шляхом зіставлення 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. Дані, отримані на еталонних колоїдних розчинах з відомими концентраціями і відомими розмірами наночастинок, отримані при спостереженні в Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 6 тілесному куті з кутом розкриття переважно менше 60°, зводяться в таблиці, які використовують для визначення концентрації і розмірів наночастинок досліджуваного колоїдного розчину. Для набуття точніши х 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. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601