166188. lajstromszámú szabadalom • Eljárás diszperz kolloid rendszerek elektrolkinetikai potenciáljának mérésére
166188 elektroforetikus mozgékonyság-mérésére az alábbi módszerek használatosak: makroszkópos határfelület elmozdulás mérése, ultramikroszkópos sebességmérés, tömegtranszport mérése. A makroszkópos módszer a kolloid rendszer és az óvatosan fölé rétegezett elektrolit oldat közötti kezdetben éles, majd a diffúzió hatására elmosódó határfelület elektromos erőtérben fellépő elmozdulásából 5 következtet az átlagos elektroforetikus mozgékonyságra. A határfelület észlelése kis koncentrációjú és színtelen kolloid rendszereknél igen nagy problémát okoz, és csak bonyolult optikai rendszerrel oldható meg (Dr. Wolfram Ervin: Kolloidika I. 254-257 old. Egy. jegyzet, Tankönyvkiadó, Bp. 1969). Az ultramikroszkópos mozgékonyságmérésnél a megfelelő megvilágosítással fényszórásuk alapján észlelhető egyedi részecskék vándorlási sebességét lehet okulármikrométer segítségével megmérni. Ezt az 10 elvet alkalmazza pl. a Zeta-Meter Inc. (New York, USA) Zeta-Meter elnevezésű elektrokinetikai potenciál meghatározó készülékekben (Riddick, Th.M.: Control of Colloid Stability Through Zeta Potential Vol. I., Livingston Publ. Co., Pa. 1968.) A fényszórás elméletéből következik, hogy a liofil kolloidoknak a szolvatáció miatt igen csekély a fényszórásuk, ezért bennük ultramikroszkópiásan nem észlelhetők egyedi részecskék. Liofil kolloidok tehát 15 ezze i a módszerrel nem vizsgálhatók (Dr. Wolfram Ervin: Kolloidika II. 1. 103. old. és Kolloidika I. 253. old. egyetemi jegyzet, Tankönyvkiadó, Bp. 1969). A tömegtranszport mérő berendezés kifejezetten közepes és nagy koncentrációjú (70%-ig) rendszerek vizsgálatára alkalmas (Long, RJP., Ross, S., Journal of Colloid Science 22,438-447 (1965). A Streaming Current Detector (SCD) elnevezésű készülék nem közvetlenül a szabad kolloid részecskéket 20 vizsgálja, hanem adszorpciós erőkkel egy kapilláris falán immobüizált, és ezzel difform rendszerré alakított kolloid rétegen mér áramlási potenciált ill. áramot (Gerdes, W.F., Instrum. Soc. Am. J. 13, 38-43 (1966). Az adszorpciós difformálás azonban nem elég egzakt folyamat a diszperz kolloid rendszer reprezentatív difformálásához, ezért a készülékkel az elektrokinetikai potenciál abszolút értéke nem mérhető meg, csak relatív változások követhetők. 25 A jelenleg használatos, és a fentiekben ismertetett elektrokinetikai potenciált mérő módszerek tehát egy nagyon lényeges területen, a kiskoncentrációjú liofil kolloid rendszereknél nem alkalmazhatók. Elsősorban ennek a hiányosságnak a kiküszöbölése volt a célunk a jelen találmányunk tárgyát képező elektrokinetikai potenciálmérő eljárás és berendezés kidolgozásával. Találmányunk lényege az a felismerés, hogy ultraszűrésnél megfelelően kis pórusméretű szűrőn kialakuló 30 másodlagos szűrőréteg úgy módosítja mind a két rétegen fellépő áramlási potenciált, mind az eredő hidrodinamikai ellenállást, hogy e két változó között lineáris kapcsolat áll fenn, amely lehetőséget nyújt a szűrőmembrán és a vizsgált kolloid egyedi elektrokinetikai potenciáljának meghatározására. Az 1. ábrán bemutatjuk egy diszperz kolloid ultraszűrésénél kialakuló viszonyokat. A 3 kolloid oldatot a 2 membránon szűrjük. P eredő nyomásesés segítségével. A membrán pórusmérete olyan, hogy a kiszűrt 35 részecskék az 1 ideálisan elkülönülő réteget alkotják a membrán felületén. A két rétegben külön-külön fellép egy E2 és E, áramlási potenciál, amely a réteg f t és f 2 elektrokinetikai potenciáljával és a rétegeken fellépő P2 és P 4 nyomásesésekkel az alábbi, Helmholtz szerinti összefüggésben van: c ep t r, ep*^ (i) 40 Ej = E2 = — V> 47TT?X 47T1?X ahol G, ÍJ a diszperziós közeg permittivitása és belső súrlódási együtthatója ill. K a vezetőképessége. A 4 és 5 elektródok segítségével az eredő áramlási potenciált mérhetjük: G E=E1+ E 2 (Piri^r*) (2) 4 7TIJ X A 1 és 2 rétegre, amelyek hidrodinamikai szempontból sorba vannak kapcsolva, a Hägen-Poiseuille összefüggés segítségével felírható a szűrés sebességét kifejező W térfogatáram: KtPiTT K2 P 2 7T w= = (3) 8 T) hí 8 r\ h2 amelyben a már ismert jelöléseken kívül Ki és K2 a rétegek pórusszámát és átlagos pórussugarait tartalmazó, szűrés közben statisztikusán állandó konstansok, hí és h2 a rétegek pórushossza. A további levezetés két alternatív feltétel mellett folytatható, az egyik az eredő P nyomásesés, a másik a W szűrési sebesség állandó értéken tartása. A.) Az első esetben a szűrés kezdeti állapotára, a t = 0 időpontra felírva az áramlási potenciált és szűrési sebességet a (2) és (3) egyenletből: 65 SP?* K2PTT E0 =- = W0 = - (4). 4 n 7? X 8 17 h2 45 50 55 60 i 2
