Xác định điện thế zeta

Điện thế zeta được xác định thông qua việc đo độ điên di.

Có nhiều phương pháp để xác định tốc độ điện di như: phương pháp Hittooc, phương pháp Tiđêliut, phương pháp giới hạn dịch chuyển… Nhưng ở đây dùng phương pháp giới hạn dịch chuyển, vì đây là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện trong phòng thí nghiệm và kết quả đo được tương đối chính xác. Nguyên tắc đo là dựa vào việc đo tốc độ dịch chuyển của mặt phân cách giữa dung dịch chất tẩy rửa và chất lỏng phụ dưới tác dụng của điện trường

Dụng cụ đo điện di

Hình 2.5. Dụng cụ đo độ điện di

Dụng cụ phổ biến nhất dùng để đo độ điện di có dạng hình ống chữ U, hai nhánh có hai van, lỗ của van bằng đường kính trong của ống. Trước khi thực nghiệm, dụng cụ cần phải rửa cẩn thận, sấy khô. Ví dụ dùng nước lạnh, tốt hơn là dùng axít cromic nóng và sau đó tráng rửa nhiều lần ở vòi nước, tiếp theo là nước cất. Sau đó rút van ra khỏi dụng cụ, sấy dụng cụ và van trong tủ sấy. Sau đó để nguội trong không khí, lắp van vào. Nếu van chưa kín thì dùng mỡ chân không.

Quy trình đo độ điện di

Quá trình đo độ điện di của dung dịch chất tẩy rửa gồm những bước sau:

Nạp chất lỏng đệm vào dụng cụ đo điện di (chất lỏng đệm lựa chọn ở đây là Triethanolamine tea, trietanol amin) có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của dung dịch nên ở phía dưới).

Khóa hai van ở hai nhánh lại, rửa sạch bằng nước để phía trên không còn Triethanolamine tea nữa.

Nạp dung dịch mẫu cần đo độ điện di vào dụng cụ (chú ý: khi đo van phía trên nối giữa hai ống phải mở, mức dung dịch mẫu đổ vào phải cao hơn ống nối hai nhánh).

Cắm hai điện cực vào hai nhánh của dụng cụ đo. Khi mức chất lỏng ở hai nhánh đã cân bằng thì đóng khóa van ở phía trên lại.

Nhẹ nhàng mở hai khóa ở hai nhánh, sau đó bật công tắc của bộ ổn áp điện, đặt điện áp ở trên hai cực điện là V.

Quan sát độ dịch chuyển của bề mặt phân chia pha. Khi bề mặt này đi qua điểm 0 thì bật đồng hồ bấm giây, sau khi nó dịch chuyển được quãng đường S thì ta ghi lại khoảng thời gian dịch chuyển đó .

Quy trình xác định điện thế Zeta

Đo khoảng cách l giữa hai điện cực theo chiều cong của ống. Xác định giá trị trung bình của gradien thế H:

H = V /300l (đơn vị tĩnh điện tương đối/cm)

Tính tốc độ dịch chuyển U theo phương trình U = S/(t × H)

Trong đó S là khoảng cách dịch chuyển được của bề mặt phân chia pha sau khoảng thời gian t giây. S tính bằng cm.

Biết giá trị U có thể tính được giá trị thế zeta nhờ vào đơn vị tĩnh điện.

ξ = (kxπxη/D) × U (Vol) (4)

Hay hiển thị thế ξ theo Vol: ξ = (kxπxη/D) × U x 300 (Vol) (5)

Trong đó:

D: Độ từ thẩm điện môi của chất lỏng. Đối với nước D= 81, η= 0,0894 ở 25oC.

η: Độ nhớt của dung dịch keo. k: Là hằng số phụ thuộc vào hình dạng hạt (đối với hạt hình cầu k = 6, đối với hạt hình trụ k = 4).

Nếu chất lỏng đệm có tính dẫn điện riêng x0 khác nhiều so với độ dẫn điện của chất lỏng của dung dịch keo x, thì khi tính giá trị gradien của thế cần phải biết x0 và x cũng như khoảng cách lk giữa hai mặt ranh giới phân chia của hai chất lỏng đó. Tính toán giá trị gradien thế trong dung dịch keo dựa trên cơ sở sau:

Ký hiệu gradient điện thế trong chất lỏng đệm qua Hσ, có thể viết:

V = Hlk + Hσ(l – lk) (6)

Do sụt áp hoàn toàn trong trường hợp này có thể viết: Mức sụt áp trong dung dịch keo Hlk và mức sụt áp trong chất lỏng đệm Hσ(l – lk).

Do vậy, theo định luật ôm, cường độ dòng điện trong tất cả các mạch điện nối tiếp nhau thì như nhau:

Hl_k/R_k = H_σ (l − l_k )/ R_σ (7)

Trong đó: Rk và Rσ là điện trở của chất lỏng keo và chất lỏng đệm. Do điện trở tổng cộng của dây dẫn điện có thể biểu thị qua điện trở dẫn điện riêng ρ, chiều dài l, tiết diện cắt ngang S.

R = ρ l/S thì R_k =ρ_k (l_k /S) (8)

R_σ = ρ_σ[ (l – l_k)]/S

Trong đó: ρ_k và ρ_σ là điện trở dẫn điện riêng của dung dịch keo và chất lỏng.

Thay giá trị R_k và R_σ vào phương trình (7) ta được:

H / ρ_k = H_σ/ ρ_σ(9)

Hay H_σ = H (ρ_k / ρ_σ) (10)

Đặt giá trị Hσ vào phương trình (6) được:

V = (ρ_k / ρ_σ) H [(l − l_k ) + Hl_k] (11)

Theo phương trình này, gradient điện thế H trong dung dịch keo sẽ là:

H = V /[ (x/x₀) (l − l_k ) + l_k]  (12)

Xác định độ nhớt động học.

Định nghĩa.

Độ nhớt động học (kí hiệu là υ ) là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng, nó là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực.

Trong hệ CGS, độ nhớt động học biểu thị bằng Stoc (St); 1St = 1cm2/s.

Trong thực tế thường dùng đơn vị centiStoc (cSt). 1cSt = 0,01St = 1mm2/s.

Nguyên tắc.

Tiến hành đo.

Lắp đặt dụng cụ như hình mẫu:

Lắp nhớt kế đã lựa chọn vào vị trí sao cho thẳng đứng. Nhớt kế được chọn đã xác định hằng số chuẩn C. Nhớt kế phải khô sạch, có miền làm việc bao trùm độ nhớt của chất cần xác định.

Cắm công tắc điện.

Bật công tắc cho thiết bị ổn nhiệt hoạt động.

Sau khi đã nạp mẫu và để ổn nhiệt, dùng quả bóp đưa chất cần đo đến vị trí cao hơn vạch đo thời gian đầu tiên khoảng 5mm trong nhánh mao quản của nhớt kế.

Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy tính bằng giây từ vạch thứ nhất đến vạch thứ hai.

Tiến hành khoảng 3 lần lấy giá trị trung bình. Kết quả sai lệch không được quá ± 1,2 - 2,5%.

Tính độ nhớt động học theo công thức: υ = C. t Trong đó:

υ : độ nhớt động học, tính bằng cSt hay mm2/s.

C: hằng số của nhớt kế, mm2/s2. t: thời gian chảy, s.

Xác định nồng độ mixen tới hạn

Định nghĩa

Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước sẽ tạo thành nhũ tương. Trong dung dịch nước sẽ hình thành các hạt mixen, và nếu tiếp tục tăng nồng độ chất tẩy rửa thì lượng các hạt mixen cũng tăng lên. Sự hình thành các mixen làm cho sức căng bề mặt và độ dẫn điện thay đổi đột ngột và tại nồng độ có sự thay đổi đó gọi là nồng độ mixen tới hạn.

Các phương pháp xác định nồng độ mixen tới hạn

Có nhiều cách để xác định nồng độ mixen tới hạn. Trong khuôn khổ của luận án này, đã lựa chọn phương pháp xác định nồng độ mixen tới hạn dựa vào mối quan hệ với sức căng bề mặt. Phương pháp này đơn giản, thao tác dễ dàng, thời gian xác định nhanh, kết quả thu được khá chính xác.

Khi tăng nồng độ của chất tẩy rửa thì sức căng bề mặt của dung dịch chất tẩy rửa sẽ giảm, từ đó làm tăng khả năng tẩy sạch của dung dịch chất tẩy rửa. Nhưng khi tăng nồng độ của chất tẩy rửa lên quá nồng độ mixen tới hạn, do khi đó xảy ra quá trình keo tụ nên sức căng bề mặt của dung dịch sẽ tăng lên và khả năng tẩy rửa của dung dịch bị giảm. Chính vì vậy, để xác định nồng độ mixen tới hạn của dung dịch chất tẩy rửa, cần phải đo sức căng bề mặt của dung dịch chất tẩy rửa tại nhiều nồng độ khác nhau xung quanh nồng độ mixen tới hạn.

Các bước tiến hành xác định nồng độ mixen tới hạn của dung dịch chất tẩy rửa như sau:

Bước 1: pha chính xác các mẫu dung dịch chất tẩy rửa có nồng độ thay đổi xung quanh nồng độ mixen tới hạn.

Bước 2: xác định sức căng bề mặt tương ứng của các mẫu dung dịch chất tẩy rửa ở cùng một điều kiện nhiệt độ.

Bước 3: xây dựng đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa sức căng bề mặt và nồng độ Của dung dịch.

Bước 4: xác định vị trí trên đồ thị mà giá trị sức căng bề mặt của dung dịch thay đổi đột ngột. Nồng độ của dung dịch tương ứng với giá trị sức căng bề mặt đó chính là nồng độ mixen tới hạn.

Xác định điện thế zeta

Điện thế zeta được xác định thông qua việc đo độ điên di.

Có nhiều phương pháp để xác định tốc độ điện di như: phương pháp Hittooc, phương pháp Tiđêliut, phương pháp giới hạn dịch chuyển… Nhưng ở đây dùng phương pháp giới hạn dịch chuyển, vì đây là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện trong phòng thí nghiệm và kết quả đo được tương đối chính xác. Nguyên tắc đo là dựa vào việc đo tốc độ dịch chuyển của mặt phân cách giữa dung dịch chất tẩy rửa và chất lỏng phụ dưới tác dụng của điện trường

Dụng cụ đo điện di

Hình 2.5. Dụng cụ đo độ điện di

Dụng cụ phổ biến nhất dùng để đo độ điện di có dạng hình ống chữ U, hai nhánh có hai van, lỗ của van bằng đường kính trong của ống. Trước khi thực nghiệm, dụng cụ cần phải rửa cẩn thận, sấy khô. Ví dụ dùng nước lạnh, tốt hơn là dùng axít cromic nóng và sau đó tráng rửa nhiều lần ở vòi nước, tiếp theo là nước cất. Sau đó rút van ra khỏi dụng cụ, sấy dụng cụ và van trong tủ sấy. Sau đó để nguội trong không khí, lắp van vào. Nếu van chưa kín thì dùng mỡ chân không.

Quy trình đo độ điện di

Quá trình đo độ điện di của dung dịch chất tẩy rửa gồm những bước sau:

Nạp chất lỏng đệm vào dụng cụ đo điện di (chất lỏng đệm lựa chọn ở đây là Triethanolamine tea, trietanol amin) có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của dung dịch nên ở phía dưới).

Khóa hai van ở hai nhánh lại, rửa sạch bằng nước để phía trên không còn Triethanolamine tea nữa.

Nạp dung dịch mẫu cần đo độ điện di vào dụng cụ (chú ý: khi đo van phía trên nối giữa hai ống phải mở, mức dung dịch mẫu đổ vào phải cao hơn ống nối hai nhánh).

Cắm hai điện cực vào hai nhánh của dụng cụ đo. Khi mức chất lỏng ở hai nhánh đã cân bằng thì đóng khóa van ở phía trên lại.

Nhẹ nhàng mở hai khóa ở hai nhánh, sau đó bật công tắc của bộ ổn áp điện, đặt điện áp ở trên hai cực điện là V.

Quan sát độ dịch chuyển của bề mặt phân chia pha. Khi bề mặt này đi qua điểm 0 thì bật đồng hồ bấm giây, sau khi nó dịch chuyển được quãng đường S thì ta ghi lại khoảng thời gian dịch chuyển đó .

Quy trình xác định điện thế Zeta

Đo khoảng cách l giữa hai điện cực theo chiều cong của ống. Xác định giá trị trung bình của gradien thế H:

H = V /300l (đơn vị tĩnh điện tương đối/cm)

Tính tốc độ dịch chuyển U theo phương trình U = S/(t × H)

Trong đó S là khoảng cách dịch chuyển được của bề mặt phân chia pha sau khoảng thời gian t giây. S tính bằng cm.

Biết giá trị U có thể tính được giá trị thế zeta nhờ vào đơn vị tĩnh điện.

ξ = (kxπxη/D) × U (Vol) (4)

Hay hiển thị thế ξ theo Vol: ξ = (kxπxη/D) × U x 300 (Vol) (5)

Trong đó:

D: Độ từ thẩm điện môi của chất lỏng. Đối với nước D= 81, η= 0,0894 ở 25oC.

η: Độ nhớt của dung dịch keo. k: Là hằng số phụ thuộc vào hình dạng hạt (đối với hạt hình cầu k = 6, đối với hạt hình trụ k = 4).

Nếu chất lỏng đệm có tính dẫn điện riêng x0 khác nhiều so với độ dẫn điện của chất lỏng của dung dịch keo x, thì khi tính giá trị gradien của thế cần phải biết x0 và x cũng như khoảng cách lk giữa hai mặt ranh giới phân chia của hai chất lỏng đó. Tính toán giá trị gradien thế trong dung dịch keo dựa trên cơ sở sau:

Ký hiệu gradient điện thế trong chất lỏng đệm qua Hσ, có thể viết:

V = Hlk + Hσ(l – lk) (6)

Do sụt áp hoàn toàn trong trường hợp này có thể viết: Mức sụt áp trong dung dịch keo Hlk và mức sụt áp trong chất lỏng đệm Hσ(l – lk).

Do vậy, theo định luật ôm, cường độ dòng điện trong tất cả các mạch điện nối tiếp nhau thì như nhau:

Hl_k/R_k = H_σ (l − l_k )/ R_σ (7)

Trong đó: Rk và Rσ là điện trở của chất lỏng keo và chất lỏng đệm. Do điện trở tổng cộng của dây dẫn điện có thể biểu thị qua điện trở dẫn điện riêng ρ, chiều dài l, tiết diện cắt ngang S.

R = ρ l/S thì R_k =ρ_k (l_k /S) (8)

R_σ = ρ_σ[ (l – l_k)]/S

Trong đó: ρ_k và ρ_σ là điện trở dẫn điện riêng của dung dịch keo và chất lỏng.

Thay giá trị R_k và R_σ vào phương trình (7) ta được:

H / ρ_k = H_σ/ ρ_σ(9)

Hay H_σ = H (ρ_k / ρ_σ) (10)

Đặt giá trị Hσ vào phương trình (6) được:

V = (ρ_k / ρ_σ) H [(l − l_k ) + Hl_k] (11)

Theo phương trình này, gradient điện thế H trong dung dịch keo sẽ là:

H = V /[ (x/x₀) (l − l_k ) + l_k]  (12)

Xác định độ nhớt động học.

Định nghĩa.

Độ nhớt động học (kí hiệu là υ ) là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng, nó là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực.

Trong hệ CGS, độ nhớt động học biểu thị bằng Stoc (St); 1St = 1cm2/s.

Trong thực tế thường dùng đơn vị centiStoc (cSt). 1cSt = 0,01St = 1mm2/s.

Nguyên tắc.

Tiến hành đo.

Lắp đặt dụng cụ như hình mẫu:

Lắp nhớt kế đã lựa chọn vào vị trí sao cho thẳng đứng. Nhớt kế được chọn đã xác định hằng số chuẩn C. Nhớt kế phải khô sạch, có miền làm việc bao trùm độ nhớt của chất cần xác định.

Cắm công tắc điện.

Bật công tắc cho thiết bị ổn nhiệt hoạt động.

Sau khi đã nạp mẫu và để ổn nhiệt, dùng quả bóp đưa chất cần đo đến vị trí cao hơn vạch đo thời gian đầu tiên khoảng 5mm trong nhánh mao quản của nhớt kế.

Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy tính bằng giây từ vạch thứ nhất đến vạch thứ hai.

Tiến hành khoảng 3 lần lấy giá trị trung bình. Kết quả sai lệch không được quá ± 1,2 - 2,5%.

Tính độ nhớt động học theo công thức: υ = C. t Trong đó:

υ : độ nhớt động học, tính bằng cSt hay mm2/s.

C: hằng số của nhớt kế, mm2/s2. t: thời gian chảy, s.

Xác định nồng độ mixen tới hạn

Định nghĩa

Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước sẽ tạo thành nhũ tương. Trong dung dịch nước sẽ hình thành các hạt mixen, và nếu tiếp tục tăng nồng độ chất tẩy rửa thì lượng các hạt mixen cũng tăng lên. Sự hình thành các mixen làm cho sức căng bề mặt và độ dẫn điện thay đổi đột ngột và tại nồng độ có sự thay đổi đó gọi là nồng độ mixen tới hạn.

Các phương pháp xác định nồng độ mixen tới hạn

Có nhiều cách để xác định nồng độ mixen tới hạn. Trong khuôn khổ của luận án này, đã lựa chọn phương pháp xác định nồng độ mixen tới hạn dựa vào mối quan hệ với sức căng bề mặt. Phương pháp này đơn giản, thao tác dễ dàng, thời gian xác định nhanh, kết quả thu được khá chính xác.

Khi tăng nồng độ của chất tẩy rửa thì sức căng bề mặt của dung dịch chất tẩy rửa sẽ giảm, từ đó làm tăng khả năng tẩy sạch của dung dịch chất tẩy rửa. Nhưng khi tăng nồng độ của chất tẩy rửa lên quá nồng độ mixen tới hạn, do khi đó xảy ra quá trình keo tụ nên sức căng bề mặt của dung dịch sẽ tăng lên và khả năng tẩy rửa của dung dịch bị giảm. Chính vì vậy, để xác định nồng độ mixen tới hạn của dung dịch chất tẩy rửa, cần phải đo sức căng bề mặt của dung dịch chất tẩy rửa tại nhiều nồng độ khác nhau xung quanh nồng độ mixen tới hạn.

Các bước tiến hành xác định nồng độ mixen tới hạn của dung dịch chất tẩy rửa như sau:

Bước 1: pha chính xác các mẫu dung dịch chất tẩy rửa có nồng độ thay đổi xung quanh nồng độ mixen tới hạn.

Bước 2: xác định sức căng bề mặt tương ứng của các mẫu dung dịch chất tẩy rửa ở cùng một điều kiện nhiệt độ.

Bước 3: xây dựng đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa sức căng bề mặt và nồng độ Của dung dịch.

Bước 4: xác định vị trí trên đồ thị mà giá trị sức căng bề mặt của dung dịch thay đổi đột ngột. Nồng độ của dung dịch tương ứng với giá trị sức căng bề mặt đó chính là nồng độ mixen tới hạn.