Методы исследования адсорбции на границе раздела раствор - твердое тело

10. Методы исследования адсорбции на границе раздела раствор - твердое тело

10.1. Термодинамические методы

К ним относятся методы определения концентрации вещества в растворе до и после адсорбция и изменение энергии системы по данным калориметрии. Концентрацию компонента измеряют методом титрования, постоянного взвешивания в растворе, изменение окраски раствора оптическими методами, методом меченых атомов, с применением ИК, УФ, ЭПР и ЯМР спектроскопии. В настоящее время широко применяются современные методы, такие как термогравиометрия, элементный анализа (рентгено-флюоресценция) и другие.

10.2. Методы, связанные со спектроскопией и рассеянием

К ним относится метод ИК-спектроскопии, основанный на наблюдении определенной колебательной моды (являющейся характеристикой адсорбата), которая сдвинута по частоте за счет специфического взаимодействия с подложкой. В настоящее время широкое применение находит метод усиленного поверхностью комбинированного рассеяния света (УПКРС), смысл которого состоит в том, что электронные колебательные моды в металле создают сильное электромагнитное поле в примыкающем к поверхности растворе, усиливая тем самым спектр колебательного рассеяния молекул на подложке.

Другими широко применяемыми методами безусловно являются резонансные методы ЯМР (ядерно-магнитный) и ЭПР (электронно-пара-магнитный), которые используют изменение подвижности молекулы у плоскости границы контакта по сравнению с сольватирующими молекулами и контактирующими непосредственно с молекулами. Недостатком этого метода является обязательное наличие элементных меток, обладающих собственными адсорбционными характеристиками.

Плотность упаковки по толщине адсорбированных молекул, особенно макромолекул полимеров, на плоских оптически отражающих поверхностях хорошо контролируется методом эллипсометрии. Сущность метода состоит в том, что в результате взаимодействия молекул с твердой поверхностью в растворе образуется слой некоторой толщины, имеющий отличный показатель преломления по глубине в результате поляризации отраженного света.

В последнее время широкое применение находит метод малоуглового рассеяния нейтронов, основанный на рассеянии нейтронов за счет взаимодействий отталкивания, происходящих на очень малых расстояниях. При этом интенсивность рассеяния на определенном ядре зависит от его спина и, в меньшей степени, от массы, интенсивность и фаза рассеянных нейтронов зависит от положения, динамики и структуры ядра.

10.3. Гидродинамические методы

Методы вязкого течения и истечения через капилляр, являющиеся наиболее простыми и ранними по разработке, позволяют рассчитать толщину адсорбционного слоя за счет увеличения вязкости разбавленной суспензии или уменьшения вязкости раствора. Увеличение эффективной объемной фракции частицы рассчитывается по уравнению Стокса-Эйнштейна.

10.4. Электро-химические методы

Эти методы основаны на изменении состояния двойного электрического слоя ДЭС в результате взаимодействия молекул и ионов с твердой поверхностью и различаются на статические и динамические. В результате адсорбции молекул и ионов на поверхности твердого тела образуется диффузионный слой, обращенный к объему раствора, противозарядов, в котором и потенциал и плотность зарядов монотонно убывает с расстоянием.

В отличии от потока растворителя составляющие потока расположены исключительно в ДЭС (вблизи поверхности, 100-400 А), где отклонение профиля потока от "нормального" является весьма большим. В результате электрокинетическая "плоскость скольжения" не фиксируется и сильно зависит от толщины двойного слоя, ионной силы, скорости движения частицы или потока, вязкости среды и длины адсорбированных молекул и, тем более, макромолекул полимеров.

10.5. Методы разъединяющего давления

Эти методы основаны на определении пространственного взаимодействия между двумя сближающимися поверхностями. Расстояние между поверхностями в момент появления силы пространственного взаимодействия между адсорбированными слоями дает двойную толщину каждого адсорбционного слоя. К этим методам относятся измерение взаимного разнесения между диспергированными частицами, запакованными в некоторую геометрически правильную решетку и подвергающихся воздействию внешней силы, приводящей к сжатию (механическое, ультразвуковое, центрифугирование и т.д.). Широкое применение находит метод тонких пленок, которые находятся на микроскопически малых поверхностях, и под воздействием внешнего давления вызывается деформация адсорбционного слоя, в результате чего образуется микроскопическая плоскопараллельная пленка. Независимо от того, что используется в качестве твердой поверхности, частицы размером в несколько мкм, цилиндры, кварцевые нити и плоскости, тонкие пленки в месте контакта позволяют оценить взаимодействие слоев с ошибкой в 5-10%, что для данного метода является весьма эффективным.

11. Список литературы

1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1964 и 1975.

2. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1982.

3. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984.

4. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Химия, 1979.

5. Липатов Ю.С. Коллоидная химия полимеров. Киев: Наукова думка, 1984.

6. Де Бур Л. Динамический характер адсорбции. М.: И.Л., 1962.

7. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. Киев: Наукова думка, 1980.

8. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел / Под ред. Г.Партита и К.Рочерста. М.: Мир, 1986.

9. Лопаткин А.А. Теоретические основы физической адсорбции. М.: МГУ, 1983.

10. Абрамзон А.П. Поверхностно-активные вещества. Л.: Химия, 1981.

11. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976.

12. Грег С., Синг А. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984.

13. Твердохлебова И.И. Конформация макромолекул. М.: Химия, 1980.

14. Липатов Ю.З., Сергеева Л.С. Адсорбция полимеров. Киев: Наукова думка, 1972.

15. Липатов Ю.С. Физико-химия наполненных полимеров. Киев: Наукова думка, 1977.

16. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967.

17. Измайлов И.А. Электрохимия растворов. М.: Химия, 1966.

18. Фиалков Ю.Я., Житомерский А. Я., Тарасенко Ю.А. Физическая химия неводных растворов. М.: Химия, 1972.

19. Курс физической химии / Под ред. чл. корр, АН СССР Я.Л. Герасимова. М.: Химия, 1970, 1973.

20. Щукин Е.Д., Перцев А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: МГУ, 1982.

21. Джейкоп М., Парфит Дж. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир, 1984.

22. Неппер Д, Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. М.: Мир, 1986.

23. Kawaguchi M., Tekahashi A. The structure of macromolecules adsorbed on interfaces.// Advances in Polymer Science, Behavier of Macromolecules. Springer. New York. 1982.v.42.P.1-65 – перевод 84/12006

Издание учебное

Киселев Владимир Яковлевич,

Комаров Владимир Михайлович

Адсорбция на границе раздела «твердое тело – раствор»

Учебное пособие

Подписано в печать ……………. …..2005. Формат 60x84x16. Бумага писчая.

Отпечатано на ризографе. Уч. изд. листов …… Тираж 100 экз. Заказ № ………. .

Лицензия на издательскую деятельность

ИД №03507 (рег. №003792) код221

Московская Государственная Академия тонкой химической технологии

им. М.В.Ломоносова

Издательско-полиграфический центр

119574, Москва, пр. Вернадского, 86.