Седиментационный анализ

СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ (а. sedimentation analysis; н. Sedimentati- onsanalyse; ф. analyse granulometrique par sedimentation, sedimentometrie; и. analisis sedimentario) — совокупность методов дисперсионного (гранулометрического) анализа, в основе которых лежит зависимость между размером (массой) и скоростью движения тела в вязкой среде (газе или жидкости) под действием гравитационных или центробежных сил. Седиментационный анализ включает наиболее распространённые косвенные методы определения величины частиц, или дисперсности, порошкообразных материалов, аэрозолей, различных грубодисперсных и коллоидных систем. Позволяет определять как усреднённые характеристики дисперсности, так и дисперсный (гранулометрический, зерновой, фракционный) состав анализируемой системы, т.е. долевое распределение массы, объёма, площади поверхности, линейных размеров или числа частиц дисперсной фазы по классам крупности.

Основные методы седиментационного анализа — методы установившейся скорости седиментации и седиментационно-диффузионного, или седиментационного равновесия; применяют также методы приближения к седиментационному равновесию.

Седиментационный анализ в гравитационном поле применяют для грубодисперсных систем (суспензий, эмульсий, пылей) с размером частиц 10^-2-10^-4 см. Обычно используют метод установившейся скорости седиментации, причём искомые величины находят по изменению скорости накопления осадка (сливок), плотности столба суспензии (эмульсии), концентрации частиц на определённом уровне и т.д. Приборы для осуществления этого метода, работающие на принципах взвешивания (например, осадка) или измерения гидростатического давления, называется седиментометрами. К седиментационному анализу иногда относят гидроаэродинамические методы дисперсионного анализа измельченного материала, полезных ископаемых, пылей, например, с использованием аппаратов (классификаторов), в которых оседание крупных частиц идёт против восходящего потока газа или жидкости в последовательно соединённых вертикальных цилиндрах с различной площадью сечения, а мелкие частицы выносятся потоком.

Седиментационный анализ для высокодисперсных систем с размером частиц менее 10^-4 см (которые в обычных условиях седиментационно устойчивы) проводят в поле центробежных сил. Использование центрифуги для седиментирования таких систем было предложено советским учёным А. В. Думанским в 1912. Детальная разработка методов седиментационного анализа в поле центробежных сил проведена изобретателем ультрацентрифуги шведским учёным Т. Сведбергом. Создаваемые в ультрацентрифуге центробежные ускорения в десятки и сотни тысяч раз превосходят ускорение земного тяготения, что обеспечивает седиментацию не только мельчайших коллоидных частиц, но и молекул высокомолекулярных соединений. При седиментационном анализе в ультрацентрифуге характеристикой частиц дисперсной фазы или молекул растворённого полимера может служить константа седиментации — отношение скорости седиментации к ускорению поля центробежных сил. Эта константа зависит от массы и формы частиц (макромолекул).

Скорость седиментации или установление седиментационного равновесия в ультрацентрифуге, константы седиментации, массы и размеры коллоидных частиц или макромолекул, а также полидисперсность анализируемой системы вычисляют на основе оптических измерений — по изменению показателей преломления или светопропускания раствора или коллоидной системы.

Седиментационный анализ в поле центробежных сил используют для определения молекулярной массы и однородности синтетических и природных полимеров, а также при анализе илистых отложений и коллоидно-дисперсных глинистых минералов.

Современные приборы и устройства для седиментационного анализа полностью автоматизированы и компьютеризированы. Результаты анализа, выполненного по заданной программе, после завершения измерений выдаются в виде таблиц, гистограмм, дифференциальных и (или) интегральных кривых распределения, а также усреднённых показателей дисперсности: медианного диаметра, удельной поверхности и др.