विश्लेषण की अवसादन विधि का सार उस दर को मापना है जिस पर कण बसते हैं (मुख्य रूप से एक तरल माध्यम से)। और बसने की दर के मूल्यों का उपयोग करके, इन कणों के आकार और उनके विशिष्ट सतह क्षेत्र की गणना की जाती है। यह विधि कई प्रकार के फैलाव प्रणालियों के कणों के मापदंडों को निर्धारित करती है, जैसे कि निलंबन, एरोसोल, इमल्शन, यानी वे जो विभिन्न उद्योगों के लिए व्यापक और महत्वपूर्ण हैं।
फैलाव की अवधारणा
विभिन्न उत्पादन प्रक्रियाओं में पदार्थों और सामग्रियों की विशेषता वाले मुख्य तकनीकी मानकों में से एक उनकी सुंदरता है। विभिन्न खाद्य उत्पादों आदि के उत्पादन में रासायनिक प्रौद्योगिकी के लिए उपकरण के चयन के दौरान इसे आवश्यक रूप से ध्यान में रखा जाता है। यह न केवल इस तथ्य के कारण है कि पदार्थों के कणों में कमी के साथ, चरणों का सतह क्षेत्र बढ़ जाता है और उनकी बातचीत की दर बढ़ जाती है, बल्कि इस तथ्य के कारण भी कि इस मामले में सिस्टम के कुछ गुण बदल जाते हैं।. विशेष रूप से, घुलनशीलता बढ़ जाती है, प्रतिक्रियाशीलता बढ़ जाती हैपदार्थ, चरण संक्रमण का तापमान कम हो जाता है। इसलिए, विभिन्न प्रणालियों के फैलाव और अवसादन विश्लेषण में मात्रात्मक विशेषताओं को खोजना आवश्यक हो गया।
बिखरे हुए चरण में कण आकार कैसे संबंधित हैं, इस पर निर्भर करते हुए, सिस्टम को मोनोडिस्पर्स और पॉलीडिस्पर्स में विभाजित किया जाता है। पूर्व में विशेष रूप से समान आकार के कण होते हैं। इस तरह के फैलाव तंत्र काफी दुर्लभ हैं और वास्तव में सच्चे मोनोडिस्पर्स वाले के बहुत करीब हैं। दूसरी ओर, मौजूदा फैलाव प्रणालियों में से अधिकांश बहुसंख्यक पॉलीडिस्पर्स हैं। इसका मतलब है कि वे आकार में भिन्न कणों से बने होते हैं, और उनकी सामग्री समान नहीं होती है। फैलाव प्रणालियों के अवसादन विश्लेषण के दौरान, उन्हें बनाने वाले कणों के आकार का निर्धारण किया जाता है, उसके बाद उनके आकार वितरण वक्रों का निर्माण किया जाता है।
सैद्धांतिक नींव
अवक्षेपण कणों के अवक्षेपण की प्रक्रिया है जो गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत गैसीय या तरल माध्यम में छितरी हुई अवस्था का निर्माण करती है। यदि विभिन्न इमल्शन में कण (बूंदें) तैरते हैं तो अवसादन को उलट दिया जा सकता है।
गुरुत्वाकर्षण Fg गोलाकार कणों पर अभिनय की गणना हाइड्रोस्टेटिक सुधार सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
एफजी=4/3 आर3 (ρ-ρ0) जी, जहाँ ρ पदार्थ का घनत्व है; r कण त्रिज्या है; ρ0 - द्रव घनत्व; जी - त्वरणफ्री फॉल।
घर्षण बल Fη, स्टोक्स नियम द्वारा वर्णित, कणों के बसने का प्रतिकार करता है:
एफη=6 आर ᴠsed, जहाँ ᴠsed कण वेग है और η द्रव चिपचिपापन है।
किसी बिंदु पर, कण एक स्थिर गति से बसने लगते हैं, जिसे विरोधी बलों की समानता द्वारा समझाया जाता है Fg=Fη, जिसका अर्थ है कि समानता भी सत्य है:
4/3 r3 (ρ-ρ0) g=6 r ·ᴠ सेड. इसे रूपांतरित करके, आप एक सूत्र प्राप्त कर सकते हैं जो कण त्रिज्या और उसके बसने की दर के बीच संबंध को दर्शाता है:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) छ)) ᴠsed=Kसेड.
यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि कणों की गति को उसके पथ H से गति के समय के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, तो हम स्टोक्स समीकरण लिख सकते हैं:
ᴠशनि=एन/टी.
तब कण की त्रिज्या समीकरण द्वारा उसके बसने के समय से संबंधित हो सकती है:
r=K N/t.
हालांकि, यह ध्यान देने योग्य है कि अवसादन विश्लेषण का ऐसा सैद्धांतिक औचित्य कई शर्तों के तहत मान्य होगा:
- ठोस कण का आकार 10-5 से 10–2 के बीच होना चाहिए see देखें
- कण गोलाकार होने चाहिए।
- कणों को निरंतर गति से चलना चाहिए और पड़ोसी कणों से स्वतंत्र होना चाहिए।
- घर्षण परिक्षेपण माध्यम की आंतरिक परिघटना होनी चाहिए।
इस तथ्य के कारण कि वास्तविक निलंबन में अक्सर होते हैंकण जो गोलाकार से आकार में काफी भिन्न होते हैं, अवसादन विश्लेषण के प्रयोजनों के लिए समतुल्य त्रिज्या की अवधारणा का परिचय देते हैं। ऐसा करने के लिए, अध्ययन किए गए निलंबन में वास्तविक सामग्री के समान सामग्री से बने काल्पनिक गोलाकार कणों की त्रिज्या और समान गति से बसने को गणना समीकरणों में प्रतिस्थापित किया जाता है।
व्यवहार में, छितरी हुई प्रणालियों में कण आकार में विषम होते हैं, और अवसादन विश्लेषण का मुख्य कार्य उनमें कण आकार वितरण का विश्लेषण कहा जा सकता है। दूसरे शब्दों में, पॉलीडिस्पर्स सिस्टम के अध्ययन के दौरान, विभिन्न अंशों की सापेक्ष सामग्री पाई जाती है (कणों का एक सेट जिसका आकार एक निश्चित अंतराल में होता है)।
अवसादन विश्लेषण की विशेषताएं
अवसादन द्वारा छितरी हुई प्रणालियों का विश्लेषण करने के कई तरीके हैं:
- गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में उस गति की निगरानी करना जिस गति से कण एक शांत तरल में बसते हैं;
- एक तरल जेट में दिए गए आकार के कणों के अंशों में इसके बाद के पृथक्करण के लिए निलंबन आंदोलन;
- कुछ कणों के आकार के साथ चूर्ण पदार्थों को अलग करना, वायु पृथक्करण द्वारा किया जाता है;
- एक अपकेंद्री क्षेत्र में अत्यधिक छितरी हुई प्रणालियों के अवतलन के मापदंडों की निगरानी करना।
सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले विश्लेषण का पहला संस्करण है। इसके कार्यान्वयन के लिए, अवसादन दर निम्न में से किसी भी विधि द्वारा निर्धारित की जाती है:
- माइक्रोस्कोप से देखना;
- जमा हुआ तलछट तौलना;
- बसने की प्रक्रिया की एक निश्चित अवधि में छितरी हुई अवस्था की एकाग्रता का निर्धारण;
- समन्वय के दौरान हाइड्रोस्टेटिक दबाव को मापना;
- निपटान अवधि के दौरान निलंबन के घनत्व का निर्धारण।
निलंबन अवधारणा
निलंबन को एक ठोस फैलाव चरण द्वारा गठित मोटे सिस्टम के रूप में समझा जाता है, जिसका कण आकार 10-5 सेमी और एक तरल फैलाव माध्यम से अधिक होता है। निलंबन को अक्सर तरल पदार्थों में पाउडर पदार्थों के निलंबन के रूप में वर्णित किया जाता है। वास्तव में, यह पूरी तरह से सच नहीं है, क्योंकि घोल तनु निलंबन हैं। ठोस प्रावस्था के कण गतिज रूप से स्वतंत्र होते हैं और द्रव में स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं।
वास्तविक (केंद्रित) निलंबन में, जिसे अक्सर पेस्ट कहा जाता है, ठोस कण एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। इससे एक निश्चित स्थानिक संरचना का निर्माण होता है।
एक अन्य प्रकार की परिक्षिप्त प्रणालियाँ हैं जो ठोस परिक्षिप्त प्रावस्थाओं और द्रव परिक्षेपण माध्यमों द्वारा निर्मित होती हैं। उन्हें लियोसोल कहा जाता है। हालांकि, कण आकार बहुत छोटा है (10-7 से 10-5 सेमी)। इस संबंध में, उनमें अवसादन नगण्य है, लेकिन लियोसोल को ब्राउनियन गति, परासरण और प्रसार जैसी घटनाओं की विशेषता है। निलंबन का अवसादन विश्लेषण उनकी गतिज अस्थिरता पर आधारित है। इसका अर्थ यह है कि निलंबन को परिक्षेपण माध्यम में कणों की सूक्ष्मता और संतुलन वितरण जैसे मापदंडों की समय परिवर्तनशीलता की विशेषता है।
पद्धति
फोइल कप के साथ मरोड़ संतुलन का उपयोग करके तलछट विश्लेषण किया जाता है(व्यास 1-2 सेमी) और एक लंबा गिलास। विश्लेषण शुरू करने से पहले, कप को एक फैलाव माध्यम में तौला जाता है, इसे भरे हुए बीकर में डुबोया जाता है और संतुलन को संतुलित किया जाता है। साथ ही इसके विसर्जन की गहराई नापी जाती है। उसके बाद, कप को हटा दिया जाता है और जल्दी से एक गिलास में परीक्षण निलंबन के साथ रखा जाता है, जबकि इसे बैलेंस बीम के हुक पर लटका दिया जाना चाहिए। उसी समय, स्टॉपवॉच शुरू हो जाएगी। तालिका में समय में मनमाने बिंदुओं पर अवक्षेपित वर्षा के द्रव्यमान पर डेटा होता है।
| पढ़ाई शुरू होने का समय, एस | तलछट के साथ कप का द्रव्यमान, g | तलछट का द्रव्यमान, g | 1/टी, सी-1 | तलछट सीमा, जी |
तालिका डेटा का उपयोग करते हुए, ग्राफ पेपर पर अवसादन वक्र बनाएं। बसे हुए कणों के द्रव्यमान को कोर्डिनेट अक्ष के साथ प्लॉट किया जाता है, और समय को एब्सिस्सा अक्ष के साथ प्लॉट किया जाता है। इस मामले में, एक पर्याप्त पैमाने का चयन किया जाता है ताकि आगे की ग्राफिकल गणना करना सुविधाजनक हो।
वक्र विश्लेषण
एक मोनोडिस्पर्स माध्यम में, कणों की बसने की दर समान होगी, जिसका अर्थ है कि बसने की विशेषता एकरूपता होगी। इस मामले में अवसादन वक्र रैखिक होगा।
एक पॉलीडिस्पर्स सस्पेंशन (जो व्यवहार में होता है) के बसने के दौरान, विभिन्न आकारों के कण भी बसने की गति में भिन्न होते हैं। इसे ग्राफ पर बसने वाली परत की सीमा के धुंधलापन में व्यक्त किया जाता है।
घटाव वक्र को कई खंडों में विभाजित करके और स्पर्शरेखा खींचकर संसाधित किया जाता है। प्रत्येक स्पर्शरेखा एक अलग के उप-विभाजन की विशेषता होगीनिलंबन का मोनोडिस्पर्स हिस्सा।
कण आकार वितरण का सामान्य विचार
चट्टान में एक निश्चित आकार के कणों की मात्रात्मक सामग्री को आमतौर पर ग्रैनुलोमेट्रिक संरचना कहा जाता है। झरझरा मीडिया के कुछ गुण इस पर निर्भर करते हैं, उदाहरण के लिए, पारगम्यता, विशिष्ट सतह क्षेत्र, सरंध्रता आदि। इन गुणों के आधार पर, बदले में, चट्टानों के निक्षेपों के निर्माण के लिए भूवैज्ञानिक स्थितियों के बारे में निष्कर्ष निकाला जा सकता है। यही कारण है कि तलछटी चट्टानों के अध्ययन में पहला चरण ग्रैनुलोमेट्रिक विश्लेषण है।
इस प्रकार, तेल के संपर्क में रेत की ग्रैनुलोमेट्रिक संरचना के विश्लेषण के परिणामों के अनुसार, वे तेल क्षेत्र अभ्यास में उपकरण और कार्य प्रक्रियाओं का चयन करते हैं। यह रेत को कुएं में प्रवेश करने से रोकने के लिए फिल्टर का चयन करने में मदद करता है। संरचना में मिट्टी और कोलाइडल-छितरी हुई खनिजों की मात्रा आयनों के अवशोषण की प्रक्रियाओं के साथ-साथ पानी में चट्टानों की सूजन की डिग्री निर्धारित करती है।
चट्टानों की ग्रैनुलोमेट्रिक संरचना का अवसादी विश्लेषण
इस तथ्य के कारण कि अवसादन के सिद्धांतों के आधार पर फैलाव प्रणालियों के विश्लेषण में कई सीमाएं हैं, चट्टान संरचना के ग्रैनुलोमेट्रिक अध्ययन के लिए अपने शुद्ध रूप में इसका उपयोग उचित विश्वसनीयता और सटीकता प्रदान नहीं करता है। आज यह कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग करके आधुनिक उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है।
वे प्रारंभिक परत से चट्टान के कणों के अध्ययन की अनुमति देते हैं, जिससे आप लगातार संचय को रिकॉर्ड कर सकते हैंतलछट, समीकरणों द्वारा सन्निकटन को छोड़कर, अवसादन दर को सीधे मापते हैं। और, कम महत्वपूर्ण नहीं, वे अनियमित आकार के कणों के अवसादन के अध्ययन की अनुमति देते हैं। नमूने के कुल द्रव्यमान के आधार पर एक आकार या किसी अन्य के अंश का प्रतिशत कंप्यूटर द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि विश्लेषण से पहले इसे तौलने की आवश्यकता नहीं है।
