Вопрос:
«Какой тип распределения является наиболее корректным или хотя бы предпочтительным?»
Ответ:
« Не существует самого лучшего или более правильного распределения. Использование каждого из них ограничено конкретной практической ситуацией.»
Использование каждого распределения в конечном итоге определяется физической природой измеряемой величины, зависящей от среднего размер. Большинство физических величин, используемых в науке и технике, зависят от объема или массы вещества, например теплоемкость, теплопроводность, магнитная восприимчивость, и для установления зависимости данных свойств суспензии от размера частиц нужно пользоваться весовым распределением (16). Коллигативные свойства растворов и суспензий определяются числом частиц в единице объема, и для их описания подходит числовое распределение (15). Z-распределение (17) характеризует свойства суспензии, связанные с рассеянием света, поэтому параметры именно этого распределения и определяются методом ДРС.
Поэтому величины среднего диаметра частиц и средне квадратичного отклонения, непосредственно определенные методом ДРС называют средними по интенсивности. Для практических целей, однако, более важными являются среднечисловые и особенно средневзвешенные значения. Расчет этих величин осуществляется из Z-распределения, построенного на основе экспериментальных данных. Как следует из рисунка 6 всегда сохраняется соотношение dz ³ dw ³ dn, причем знак равенства относится к монодисперной выборке, в которой все частицы характеризуются одним и тем же размером.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.
ИЗМЕРЕНИЕ РАЗМЕРОВ НАНОЧАСТИЦ В СУСПЕНЗИЯХ
Представленная ниже методика знакомит с наиболее типичными задачами по определению размеров частиц в суспензии и включает лишь ограниченный набор возможностей анализатора Brookhaven ZetaPlus. Полное описание этих возможностей содержится в описании прибора.
1. Включение прибора
Внешний вид анализатора представлен на рис. 7. Измерительная часть и управляющий компьютер с программным обеспечением объединены в единый блок в верхней части которого находится небольшое окно, закрытое шторкой, для размещения кюветы с исследуемой суспензией. Монитор, и клавиатура, с помощью которых осуществляется управление анализатором, находятся отдельно от блока. Включение анализатора производится клавишей с тыльной стороны блока (рис. 7б). При включении прибора происходит автоматическая загрузка операционной системы WindowsXP и на мониторе появляется стандартный рабочий стол системы. После включения необходимо прогреть прибор в течение не менее 30 мин.
|
Рис.7. Внешний вид анализатора BrookhavenZetaPlus с лицевой (А) и тыльной (Б) стороны. Стрелкой показана клавиша включения прибора.
|
Метод не предназначен для изучения сухих нанопорошков. Из сухих нанопорошков должна быть приготовлена жидкая суспензия в подходящей среде, водной или неводной. Предпочтительно использовать интенсивные методы диспергирования, в частности, ультразвуковую обработку. Жидкая суспензия, взятая для испытания, должна быть седиментационно устойчивой, т. е. в ней не должен образовываться осадок в течение 1 часа. Если осадок образуется, то данная суспензия является «грубой» и содержит крупные частицы или агрегаты недоступные для определения по данной методике. Суспензия должна быть полупрозрачной в слое толщиной 10 мм. Т. е. через данный слой должны быть видна контрастная сетка. Если суспензия является непрозрачной, то она должна быть разбавлена жидкой средой до требуемой прозрачности. Испытания проводятся в условиях термостатирования при температуре от 5 до 900С с точностью поддержания 0,010С. Для жидкой среды суспензии необходимо предварительно определить показатель преломления и вязкость при температуре опыта.
Метод не ограничен использованием водной среды для суспензии. В случае применения неводных сред должны быть охарактеризованы их вязкость и показатель преломления, которые могут быть либо непосредственно измерены, либо взяты из табличных данных.
Приготовленная суспензия наливается в специальную оптическую кювету стандартного размера (рис.8). Для исследования водных суспензий применяют пластиковые кюветы, для исследования суспензий в агрессивных растворителях – кюветы из оптического стекла. Объем суспензии, помещаемой в кювету, составляет 3 – 3.5 мл. Необходимо следить, чтобы вертикальные поверхности кюветы были оптически чистыми и не содержали посторонних следов, в частности отпечатков пальцев. В противном случае кювету следует заменить. Кювету с суспензией берут рукой только за верхнюю незаполненную часть, закрывают крышкой и помещают в рабочую ячейку, закрытую шторкой (рис.9). Шторка сдвигается назад от лицевой части блока. Шторку закрывают.
Рис. 8. Рабочая кювета
Рис. 9. Рабочая ячейка анализатора
3. Запуск программного обеспечения
На рабочем столе монитора находятся ярлыки рабочих программ измерений анализатора Brookhaven ZetaPlus. Следует найти ярлык с названием 9kpsdw и запустить программу. (В принципе данное название относится к рабочей программе измерений, сам ярлык может быть переименован, например, «размер частиц»). На рабочем столе откроется окно программы измерений (рис.10).
Рис.10 Рабочее окно программы измерения размеров частиц
4. Ввод исходных параметров измерения
Для проведения измерений следует задать значения исходных параметров, для этого нажать курсором вкладку Parameters, расположенную внизу рабочего окна программы. Открывается рабочее окно параметров измерения (рис.11).
Верхние строки содержат информацию об образце, операторе и примечания. В окне Runs необходимо указать число измерений (обычно не менее 5), в окне Temp – температуру от 5 до 900С, в окне Run Duration – длительность каждого измерения (обычно 1 мин). В окне Liquid следует выбрать тип среды из предлагаемых, или указать иную жидкость, для которой следует ввести значения вязкости и показателя преломления.
Рис.11. Окно задания параметров
Остальные позиции можно оставить как это показано на рис.11. После ввода параметров измерения, нажать клавишу ОК и программа вернется в основное окно (рис.10).
5. Проведение измерений
Для начала измерений следует нажать клавишу Start внизу рабочего окна программы. Начинается накопление АКФ динамического рассеяния света на исследуемой суспензии. Накопление продолжается 1 минуту, в течение этого времени в рабочем окне программы изображается вид накапливаемой АКФ (рис.12), если установлен маркер против соответствующей опции в верхнем правом углу окна. Рекомендуется в процессе измерения активировать именно изображение АКФ, а не другие опции, поскольку форма АКФ позволяет судить о качестве получаемых результатов. АКФ должна иметь форму представленную на рис.12.
Рис.12. Вид рабочего окна в процессе измерений
После окончания 1-го измерения его результат записывается в таблицу в нижней части экрана, куда заносится диаметр частиц, усредненный по интенсивности, полуширина логнормального z-распределения и параметр полидисперсности, рассчитанный по формуле (11). Затем выполняется 2-е и все последующие измерения. Их результаты также записываются в таблицу. По окончании всех измерений программа останавливает работу. В верхнем левом углу рабочего окна (рис.12) находится информация о диаметре частиц, усредненном по всем измерениям, параметре полидисперсности и среднем числе регистрировавшихся фотонов в секунду в процессе измерения.
Вся информация, полученная в процессе измерения автоматически записывается в базу данных программы, которая содержит результаты всех проведенных к данному времени измерений.
6. Анализ полученных результатов – унимодальные распределения
Как было отмечено выше, больший интерес вызывают среднечисловое и средневзвешенное значения размера частиц. Для того, чтобы получить эту информацию, необходимо нажать на кнопку Zoom справа вверху графика на рабочем окне. Появляется дополнительное окно настройки результатов (рис.13).
Рис.13 Дополнительное окно результатов с изображением весового (объемного) логнормального распределения
Первоначально в графическом окне изображена та же корреляционная функция, что и в рабочем окне. Для просмотра функции распределения нужно поставить маркер напротив опции Lognormal в правом верхнем углу. Рядом в окне можно выбрать тип показываемого распределения: Volume – весовое (объемное), Surface – усредненное по поверхности, Number – числовое, Intensity – z-распределение (среднее по интенсивности). График можно скопировать в буфер обмена (Copy to Clipboard), а также просмотреть и при необходимости экспортировать в файл таблицу численных значений функции распределения (Lognormal Summary). При закрытии дополнительного окна в рабочем окне остается график из дополнительного окна.
7. Анализ полученных результатов – мультимодальные распределения
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
Основные порталы (построено редакторами)