Различные реологические типы жидкостей и их характерные особенности
Очень часто реологические свойства измеряют для контроля качества продуктов или сырья. В этом случае поведение потока напрямую характеризует состав продукта и его качество.
Вязкость - это характерный параметр для жидкостей, газов, полутвердых и даже для твердых материалов. Любой, кто имеет дело с текучими продуктами, сталкивается с измерением вязкости. Многие производители рассматривают вискозиметр в качестве ключевой части исследований, разработок и контроля. Они знают, что измерение вязкости часто является самым быстрым, точным и воспроизводимым способом анализа некоторых наиболее важных характеристик продуктов.
Ньютоновские жидкости
Вязкость ньютоновских жидкостей постоянна (при данной температуре) и не зависит ни от прикладываемой нагрузки, ни от скорости деформации. При этом форма, размер, тип шпинделя также не будут оказывать влияния на полученный результат.
Псевдопластичные жидкости - при увеличении нагрузки вязкость снижается (лучше текут).
Снижение вязкости по мере увеличения нагрузки происходит из-за того, что молекулы вещества начинают ориентироваться вдоль линии вращения. Длинные молекулы "распрямляются" и скользят (текут), что приводит к снижению вязкости.
Дилатантные жидкости - при увеличении нагрузки их вязкость увеличиваются (застывают).
Деформация структуры дилатантных жидкостей приводит к обратному эффекту: молекулы/частицы становятся поперек движения потока, что приводит к дополнительному трению и увеличению вязкости.
Пластичные бингамовские жидкости - при увеличении нагрузки вязкость снижается, но до определенного уровня, после чего нагрузка не имеет значения
Пластичные жидкости - вязкость снижается/увеличивается после некой предельной нагрузки (предельное напряжение сдвига)
50.Масс-спектрометрия как метод анализа.
Масс-спектрометрия является физико-химическим методом анализа, заключающимся в переводе молекул образца в ионизированую форму с последующим разделением регистрацией образующихся при этом положительных или отрицательных ионов. Один из мощнейших способов качественной идентификации веществ, допускающий также и количественное определение. Можно сказать, что масс-спектрометрия — это «взвешивание» молекул, находящихся в пробе
Идея метода :
1. Превратить нейтральные частицы – атомы или молекулы - в частицы заряженные – ионы.
2. Разделить образовавшиеся ионы в пространстве в соответствии с их массой посредством электрического или магнитного поля.
3. Измеряя электрический ток, образуемый направленно движущимися ионами, можно судить об изотопном, атомарном и молекулярном составе анализируемого вещества, как на качественном, так и на количественном уровне.
51.Физ-ие принципы спектральных методов анализа и общая их класс-ция.физ смысл: Согласно постулатам Бора электроны в атоме могут иметь не произвольные, а жестко "регламентированные" значения энергии: 1-ый, 2, ... и т. д. Этот набор строго индивидуален для атомов каждого элемента. Если атому сообщить дополнительную энергию (например, облучив его), то электроны с нижних энергетических уровней перейдут на верхние. Через некоторое время "пострадавший от облучения" электрон возвращается на исходный уровень, испуская квант излучения hv (h - постоянная Планка, v - частота излучения), который точно равен разности энергий двух уровней. Регистрируя частоты испущенных квантов (а каждой частоте соответствует линия в спектре), можно получить информацию о разности уровней энергии электронов в атоме.
Классификация:1)Эмиссионный спектр-ый анализ — физ-кий метод, основанный на изучении эмиссионных спектров паров анализируемого вещества (спектров испускания или излучения), возникающих под влиянием сильных источников возбуждений (электрической дуги, высоковольтной искры); этот метод дает возможность опр-ять элементный состав вещ-ва, т. е. судить о том, какие хим-ие элементы входят в состав данного вещества.
2)Пламенная спектрофотометрия(фотометрия пламени)- разновидность эмиссионного спектр-го анализа, основана на изучении эмиссионных спектров элементов анализируемого вещ-ва, возникающих под влиянием мягких источников возбуждения. В этом методе анализируемый раствор распыляют в пламени. Этот метод дает возможность судить о содержании в анализируемом образце главным образом щелочных и щелочноземельных металлов, а также некоторых других элементов, например галлия, индия, таллия, свинца, марганца, меди, фосфора.
3)Атомно-абсорбционная спектрофотометрия основана на способности свободных атомов металла в газах пламени поглощать световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн. Этим методом можно определять сурьму, висмут, селен, цинк, ртуть и некоторые другие элементы, не определяемые методом эмиссионной фотометрии пламени. Различают спектрофотометрический метод, основанный на опр-ии спектра поглощения или измерении светопоглощения (как в ультрафиолетовой, так и в видимой и инфракрасной областях спектра) при строго определенной длине волны (монохроматическое излучение), которая соответствует максимуму кривой поглощения данного исследуемого вещества, а также фотоколориметрический метод, осн-ый на опр-ии спектра поглощения или измерении светопоглощения в видимом участке спектра. В отличие от спектрофотометрни в фотоколориметрическом методе применяют «белый» свет или «белый» свет, предварительно пропущенный через широкополосные светофильтры.
4)Метод анализа по спектрам комбинационного рассеяния света. Это явление связано с поглощением веществом монохроматического излучения и последующим испусканием нового излучения, отличающегося длиной волны от поглощенного.
5)Турбидиметрия осн-на на измерении интенсивности света, поглощаемого неокрашенной суспензией твердого вещ-ва. В данном методе интенсивность света, поглощенного р-ром или прошедшего через него, измеряют так же, как в фотоколориметрии окрашенных раст-ров.
6)Нефелометрия осн-на на измерении интенсивности света, отраженного или рассеянного окрашенной или неокрашенной суспензией твердого вещества (взвешенного в данной среде осадка).
7)Люминесцентный(флуоресцентный) метод основан на измерении интенсивности излучаемого вещ-ми видимого света (флуоресценции) при облучении их ультрафиолетовыми лучами.
8)Рефрактометрический метод основан на измерении коэфф-та преломления.
9)Полярометрический основан на изучении вращения плоскости поляризации.
52.Атомная абсорбционная и эмиссионная спектроскопия. Схема прибора, способы приведения пробы в атомарное состояние.Атомно-абсорбционная спектрофотометрия основана на способности свободных атомов металла в газах пламени поглощать световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн. Этим методом можно определять сурьму, висмут, селен, цинк, ртуть и некоторые другие элементы, не определяемые методом эмиссионной фотометрии пламени. Различают спектрофотометрический метод, основанный на опр-ии спектра поглощения или измерении светопоглощения (как в ультрафиолетовой, так и в видимой и инфракрасной областях спектра) при строго определенной длине волны (монохроматическое излучение), которая соответствует максимуму кривой поглощения данного исследуемого вещества, а также фотоколориметрический метод, осн-ый на опр-ии спектра поглощения или измерении светопоглощения в видимом участке спектра. В отличие от спектрофотометрни в фотоколориметрическом методе применяют «белый» свет или «белый» свет, предварительно пропущенный через широкополосные светофильтры.
Эмиссионный спектр-ый анализ — физ-кий метод, основанный на изучении эмиссионных спектров паров анализируемого вещества (спектров испускания или излучения), возникающих под влиянием сильных источников возбуждений (электрической дуги, высоковольтной искры); этот метод дает возможность опр-ять элементный состав вещ-ва, т. е. судить о том, какие хим-ие элементы входят в состав данного вещества.
схема прибора:
источник возбуждения оптический блок приемник излуч-ия электронный блок измерительное
спектров устройство компьютер(система упр-ия и обработки ин-ции)
Методы определения прочн
Метод определения потери механической прочности при нагревании
Настоящий стандарт распространяется на бумагу и картон и устанавливает метод определения величины снижения механической прочности после выдерживания бумаги и картона в термостате в течение установленного времени при определенном температурном режиме.
Потерю механической прочности определяют по показателям сопротивления бумаги и картона продавливанию, излому, раздиранию, разрыву, в зависимости от указаний в соответствующих стандартах на бумагу и картон, и выражают в процентах к соответствующему показателю исходного образца.
Методы определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении
Сущность методов заключается в определении усилия, вызывающего разрушение образца и его удлинение до момента разрыва.
Прочность на разрыв характеризуется следующими величинами:
разрушающим усилием;
удельным сопротивлением разрыву;
индексом прочности при растяжении;
пределом прочности при растяжении;
разрывной длиной.
Определение прочности на излом при многократных перегибах (методы Шоппера, Ломаржи, Келер-Молина
Сущность метода заключается в определении числа двойных перегибов выдерживаемых полоской бумаги,находящийся под натяжением,при изгибе попеременно в одну и др стороны на определенный угол до ее разрушения.
53.Принципы получения молекулярных спектров. Вращательные и колебательные переходы. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ - спектры поглощения, испускания или рассеяния, возникающие при квантовых переходах молекул из одного энергетич. состояния в другое.М.с имеют значительно более сложную структуру по сравнению с атомными спектрами. Эта сложность молекулярных спектров обусловлена тем, что в процессах, связанных с оптическими переходами в молекуле, наряду с электронами участвуют и ядра, движение которых и находит свое отображение в инфракрасных спектрах M. с. определяются составом молекулы, её структурой, характером хим. связи и взаимодействием с внеш. полями (и, следовательно, с окружающими её атомами и молекулами). Наиб. характерными получаются M. с. разреженных молекулярных газов, когда отсутствует уширение спектральных линий давлением. В соответствии с тремя системами уровней энергии в молекуле - электронной, колебательной и вращательной (рис. 1), M. с. состоят из совокупности электронных, колебат. и вращат. спектров и лежат в широком диапазоне эл--магн. волн - от радиочастот до рентг. области спектра. Частоты переходов между вращат. уровнями энергии обычно попадают в микроволновую область (в шкале волновых чисел 0,03-30 см-1), частоты переходов между колебат. уровнями -в ИК-обла-сть (400-10 000 см-1), а частоты переходов между электронными уровнями - в видимую и УФ-области спектра. Это разделение условное, т. к. часто вращат. переходы попадают и в ИК-область, колебат. переходы - в видимую область, а электронные переходы - в ИК-область. Обычно электронные переходы сопровождаются и изменением колебат. энергии молекулы, а при колебат. переходах изменяется и вращат. энергия. Поэтому чаще всего электронный спектр представляет собой системы электронно-колебат. полос, причём при высоком разрешении спектральной аппаратуры обнаруживается их вращат. структура. Интенсивность линий и полос в M. с. определяется вероятностью соответствующего квантового перехода. Наиб. интенсивные линии соответствуют переходу, разрешённому отбора правилами .К M. с. относят также оже-спектры и рентг. спектры молекул.
54.Инфракрасная спектроскопия. Правила отбора для молекул различной симметрии. ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ИК спектроскопия), раздел мол. оптич. спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагн. излучения в ИК области, т.е. в диапазоне длин волн от 10-6 до 10-3 м. В координатах интенсивность поглощенного излучения - длина волны (или волновое число) ИК спектр представляет собой сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов. Полосы поглощения появляются в результате переходов между колебат. уровнями осн. электронного состояния изучаемой системы. Спектральные характеристики (положения максимумов полос, их полуширина, интенсивность) индивидуальной молекулы зависят от масс составляющих ее атомов, геом. строения, особенностей межатомных сил, распределения заряда и др. Поэтому ИК спектры отличаются большой индивидуальностью, что и определяет их ценность при идентификации и изучении строения соединений. Для регистрации спектров используют классич. спектрофотометры и фурье-спектрометры. Осн. части классич. спектрофотометра - источник непрерывного теплового излучения, монохроматор, неселективный приемник излучения. Инфракрасную спектроскопию широко применяют для анализа смесей и идентификация чистых в-в. Исследование строения молекул и др. объектов методами инфракрасной спектроскопии подразумевает получение сведений о параметрах мол. моделей и математически сводится к решению т. наз. обратных спектральных задач. Решение таких задач осуществляется последовательным приближением искомых параметров, рассчитанных с помощью спец. теории спектральных кривых к экспериментальным.
2. Правила отбора и вероятность переходов в ИК и КР(комбинационного рассеяния) спектрах различны, т.к. связаны соотв. с изменениями электрич. дипольного момента и поляризуемости молекулы при каждом нормальном колебании. Поэтому появление и интенсивность полос в ИК и КР спектрах по-разному зависит от типа симметрии колебаний (отношения конфигураций молекулы, возникающих в результате колебаний ядер, к операциям симметрии, характеризующим ее равновесную конфигурацию). Нек-рые из полос колебательных спектров могут наблюдаться только в ИК или только в КР спектре, другие - с разной интенсивностью в обоих спектрах, а нек-рые вообще экспериментально не наблюдаются. Так, для молекул, не обладающих симметрией или имеющих низкую симметрию без центра инверсии, все осн. частоты наблюдаются с разной интенсивностью в обоих спектрах, у молекул с центром инверсии ни одна из наблюдаемых частот не повторяется в ИК и КР спектрах (правило альтернативного запрета); нек-рые из частот могут отсутствовать в обоих спектрах. Поэтому важнейшее из применений колебательных спектров - определение симметрии молекулы из сопоставления ИК и КР спектров, наряду с использованием др. эксперим. данных.
55.Рамановская спектроскопия. Правило отбора для спектроскопии комбинационного рассеяния.Комбинационного рассеяния спектроскопия (рамановская спектроскопия), раздел оптической спектроскопии, изучающий взаимодействие монохроматического излучения с веществом, сопровождающееся изменением энергии рассеянного излучения по сравнению с энергией падающего на объект (возбуждающего) излучения. Комбинационное рассеяние (КР) обусловлено неупругими столкновениями фотонов с молекулами (или ионами), в ходе которых они обмениваются энергией. По изменению энергии фотона можно судить об изменении энергии молекулы, то есть о переходе ее на новый энергетический уровень. Молекула, находящаяся в невозбужденном состоянии с энергией Е0, под действием кванта с энергией hv0 (h-постоянная Планка, v0-частота падающего кванта) возбуждается в промежуточное (виртуальное) состояние с энергией Eвиpт, откуда может либо вернуться в исходное состояние, испустив квант hv0 (рэлеевское рассеяние), либо перейти в состояние Еi, испустив квант h(v0—vi), что приводит к появлению в спектре рассеянного излучения линий с частотами v0—vi (стоксовы линии). Если до поглощения фотона молекула находилась в возбужденном состоянии с энергией Ei, то после рассеяния света она может перейти как в исходное, так и в основное состояние E0, тогда энергия рассеянного света возрастает, составляя h(v0+vi), что приводит к появлению в спектре линий с частотами v0+vi (антистоксовы линии). Спектр КР, как правило, представляет собой колебательный спектр. В области малых значений vi могут проявляться переходы между вращательными уровнями (вращательные спектры КР), реже электронные переходы (электронные спектры КР). Таким образом, частоты рассеянного света являются комбинациями частоты возбуждающего света и колебательных и вращательных частот молекул. При обычной температуре стоксовы линии значительно интенсивнее антистоксовых, поскольку большая часть молекул находится в невозбужденном состоянии; при повышении температуры интенсивность антистоксовых линий растет из-за частичного теплового заселения возбужденных колебательных состояний Ei. Интенсивность стоксовых линий КР пропорциональна (vo-vi)4 при vo<<vэл (vэл - частота электронного перехода), а при v0:vэл резко возрастает (резонансное КР). Комбинационного рассеяния спектроскопия используют для идентификации веществ, определения отдельных хим. связей и групп в молекулах, для исследования внутри- и межмолекулярных взаимодействий, различных видов изомерии, фазовых переходов, водородных связей, адсорбирующих молекул и катализаторов, для обнаружения микропримесей веществ, загрязняющих окружающую среду. Рамановские спектрометры позволяют проводить двумерное и трехмерное картографирование образцов по сигналам в спектре с высочайшим пространственным разрешением (1 мкм в плоскости и 2.5 мкм по глубине).
2. Правила отбора и вероятность переходов в ИК и КР(комбинационного рассеяния) спектрах различны, т.к. связаны соотв. с изменениями электрич. дипольного момента и поляризуемости молекулы при каждом нормальном колебании. Поэтому появление и интенсивность полос в ИК и КР спектрах по-разному зависит от типа симметрии колебаний (отношения конфигураций молекулы, возникающих в результате колебаний ядер, к операциям симметрии, характеризующим ее равновесную конфигурацию). Нек-рые из полос колебательных спектров могут наблюдаться только в ИК или только в КР спектре, другие - с разной интенсивностью в обоих спектрах, а нек-рые вообще экспериментально не наблюдаются. Так, для молекул, не обладающих симметрией или имеющих низкую симметрию без центра инверсии, все осн. частоты наблюдаются с разной интенсивностью в обоих спектрах, у молекул с центром инверсии ни одна из наблюдаемых частот не повторяется в ИК и КР спектрах (правило альтернативного запрета); нек-рые из частот могут отсутствовать в обоих спектрах. Поэтому важнейшее из применений колебательных спектров - определение симметрии молекулы из сопоставления ИК и КР спектров, наряду с использованием др. эксперим. данных.
56.Диапазоны молекулярных спектров и характерные для них типы колебаний. В соответствии с тремя системами уровней энергии в молекуле - электронной, колебательной и вращательной (рис. 1), M. с. состоят из совокупности электронных, колебат. и вращат. спектров и лежат в широком диапазоне эл--магн. волн - от радиочастот до рентг. области спектра. Частоты переходов между вращат. уровнями энергии обычно попадают в микроволновую область (в шкале волновых чисел 0,03-30 см-1), частоты переходов между колебат. уровнями -в ИК-обла-сть (400-10 000 см-1), а частоты переходов между электронными уровнями - в видимую и УФ-области спектра. Это разделение условное, т. к. часто вращат. переходы попадают и в ИК-область, колебат. переходы - в видимую область, а электронные переходы - в ИК-область. Обычно электронные переходы сопровождаются и изменением колебат. энергии молекулы, а при колебат. переходах изменяется и вращат. энергия. Поэтому чаще всего электронный спектр представляет собой системы электронно-колебат. полос, причём при высоком разрешении спектральной аппаратуры обнаруживается их вращат. структура. Интенсивность линий и полос в M. с. определяется вероятностью соответствующего квантового перехода. Наиб. интенсивные линии соответствуют переходу, разрешённому отбора правилами .К M. с. относят также оже-спектры и рентг. спектры молекул.
Подготовка проб для наблюдения молекулярных спектров
В основе МСА (Моллекулярный спектральный анализ) лежит качественное и количественное сравнение измеренного спектра исследуемого образца со спектрами индивидуальных веществ. Соответственно различают качественный и количественный МСА
При качественном спектральном анализе спектры проб сравнивают со спектрами известных элементов, приведенных в соответствующих атласах и таблицах спектральных линий, и таким образом устанавливают элементный состав анализируемого вещества.
При количественном анализе определяют количество (концентрацию) искомого элемента в анализируемом веществе по зависимости величины аналитического сигнала (плотность почернения или оптическая плотность аналитической линии на фотопластинке; световой поток на фотоэлектрический приемник) искомого элемента от его содержания в пробе. Эта зависимость сложным образом определяется многими трудно контролируемыми факторами (валовый состав проб, их структура, дисперсность, параметры источника возбуждения спектров, нестабильность регистрирующих устройств, свойства фотопластинок и т.д.).
Поэтому, как правило, для ее установления используют набор образцов для градуировки, которые по валовому составу и структуре возможно более близки к анализируемому веществу и содержат известные количества определяемых элементов. Такими образцами могут служить специально приготовленные металлич. сплавы, смеси веществ, растворы, в т.ч. и стандартные образцы, выпускаемые промышленностью. Для устранения влияния на результаты анализа неизбежного различия свойств анализируемого и стандартных образцов используют разные приемы; например, сравнивают спектральные линии определяемого элемента и так называемого элемента сравнения, близкого по химическим и физическим свойствам к определяемому.
При анализе однотипных материалов можно применять одни и те же градуировочные зависимости, которые периодически корректируют по поверочным образцам.
При анализе твердых веществ наиболее часто применяют дуговые (постоянного и переменного тока) и искровые разряды, питаемые от специально сконструированных стабилизирующих генераторов (часто с электронным управлением). Созданы также универсальные генераторы, с помощью которых получают разряды разных типов с переменными параметрами, влияющими на эффективность процессов возбуждения исследуемых образцов. Твердая электропроводящая проба непосредственно может служить электродом дуги или искры; не проводящие ток твердые пробы и порошки помещают в углубления угольных электродов той или иной конфигурации. В этом случае осуществляют как полное испарение (распыление) анализируемого вещества, так и фракционное испарение последнего и возбуждение компонентов пробы в соответствии с их физическими и химическими свойствами, что позволяет повысить чувствительность и точность анализа.
Для усиления эффекта фракционирования испарения широко применяют добавки к анализируемому веществу реагентов, способствующих образованию в условиях высокотемпературной [(5-7)·103 К] угольной дуги легколетучих соединений (фторидов, хлоридов, сульфидов и др.) определяемых элементов. Для анализа геологических проб в виде порошков широко применяют способ просыпки или вдувания проб в зону разряда угольной дуги.