Седиментационный анализ. 
Особенность коллоидных растворов

Наблюдение за скоростью седиментации в суспензиях, т. е. в дисперсных системах с достаточно большими частицами, обладающих практически полной кинетической неустойчивостью, позволяет сравнительно легко и удобно определять размер частиц. Применяющиеся при этом методы получили название методов седиментационного анализа. Рассмотрим, как оседает в жидкости отдельная частица такой суспензии. Оседание частицы, очевидно, происходит под действием силы тяжести ѓ, которая с учётом на потерю в весе, по закону Архимеда, составляет:

ѓ = v (сс0) g

где v — объём частицы, с — плотность вещества частицы, с0 — плотность среды, g — ускорение свободного падения.

Оседанию противодействует сила трения ѓґ:

ѓґ=Вu

где В — коэффициент трения между частицей и средой, u — скорость седиментации частицы.

Вначале частица движется ускоренно, так как при малых скоростях сила тяжести превышает силу трения. По мере увеличения скорости движения сила трения возрастает и в некоторой момент уравновешивает силу тяжести, вследствие чего частица начинает двигаться с постоянной скоростью. При стационарном режиме оседания, очевидно, должно соблюдаться равенство:

v (сс0) g= Вu

применительно к сферическим частицам это уравнение принимает вид.

4/3 рr3(сс0) g= 6рзru

отсюда легко найти скорость седиментации частицы.

согласно полученному уравнению скорость седиментации частицы прямо пропорциональна квадрату радиуса (или диаметра) частицы, обратно пропорциональна вязкости среды и зависит от разности с — с0 так, что при с > с0 происходит оседание, а при с < с0 (например, суспензия парафина в воде) всплывание частиц — обратная седиментация.

Зная скорость оседания частицы и значение з, с и с0 можно легко найти радиус частицы.

r =.

Уравнение (4) справедливо для водных суспензий, имеющих частицы размером от 0,1 до 100 мкм, так как для этих частиц время нарастания скорости оседания до постоянного значения настолько мало, что не оказывает влияния на результаты седиментационного анализа.

К частицам радиусом больше 100 мкм, в обычных условиях оседающим ускоренно, и частицам радиусом меньше 0,1 мкм, содержащимся в кинетически устойчивых системах, уравнение (4) неприложимо.

Рассмотрим теперь седиментацию дисперсных систем, состоящих из множества частиц. При этом примем, что частицы в таких суспензиях оседают совершенно независимо друг от друга.

В монодисперсной системе, поскольку скорость оседания одинаковых по размеру частиц одинакова, отстаивание будет происходить равномерно. При этом граница раздела отстоявшейся концентрированной суспензии и прозрачной среды будет смещаться на некоторое расстояние. Тогда скорость оседания и выразится уравнением:

u=Н/ф

где, Н — высота слоя осветлённой жидкости, ф — время оседания.

а радиус частиц уравнением:

r =.

где.

k =.

По данному уравнению легко вычислить радиус частиц суспензии по результатам наблюдения за её оседанием визуально. Скорость седиментации монодисперсной суспензии можно определить, наблюдая за оседанием какой-нибудь одной из её частиц в микроскоп.

При отстаивании полидисперсной суспензии в отличие от монодисперсной суспензии граница оседающего слоя оказывается размытой, так как частицы, имеющие различные радиусы, проходят за одно и то же время различные пути. Поэтому седиментационный анализ полидисперсной системы сводится к определению скорости накопления осадка.

Для установления зависимости между массой выпавшего осадка m и временем оседания ф графически, используют так называемые кривые седиментации, из которых получают необходимые данные для характеристики полидисперсности исследуемой системы.