Работа 32. Определение электрокинетического потенциала мембран методом электроосмоса.

Для определения величины потенциала методом электроосмоса, в зависимости от характера исследуемого объекта, могут быть применены различного типа приборы. Если исследуемый образец представляет собой жесткую диафрагму, обладающую известной механической прочностью и малой протекаемостью (например, целлофан, коллодиевая мембрана, керамическая диафрагма), его зажимают во фланцах между двумя сосудами, наполненными исследуемым раствором. При исследовании порошков капиллярная система образуется путем формирования порошка на перфорированной пластинке.

В данной работе измерение объемной скорости электроосмоса производится в приборе, сконструированном в лаборатории коллоидной химии СПбГУ (рис. 32.1).

Рис. 32.1. Прибор для измерения электроосмоса в жестких мембранах:

1 – измерительные капилляры, 2 и 3 – фланцы; 4  боковые сосуды

с рабочим раствором; 5 – электролитический ключ.

Мембрана зажимается между резиновыми прокладками во фланцах 2 и 3, изготовленных из плексигласа. В отверстия фланцев вклеены сосуды 4, заполняемые раствором электролита. Сосуду придается изогнутая форма для предотвращения диффузии к диафрагме из электродного пространства за время опыта. Неполяризующиеся электроды 5, вводимые на пробках, представляют собой трубки, заполненные в верхней части раствором CuSO₄, в нижней – 3% студнем агара, содержащим электролит. В раствор погружена медная проволока, проходящая через пробку, закрывающую трубку. Измерительные капилляры 1 вводятся на шлифах или пробках в ближайшие к фланцам отверстия сосудов.

Собранный прибор с открытыми верхними отверстиями наполняют раствором электролита (KCl или AlCl₃) до уровня отверстий. При заполнении удаляют пузырьки воздуха путем покачивания прибора, вводят электроды, затем полностью заполняют раствором сосуды и вставляют измерительные капилляры. Затем, при помощи кранов в нижней части прибора, медленно выпускают часть раствора так, чтобы уровни менисков в капиллярах установились вблизи середины шкалы.

Прибор для работы устанавливают так, чтобы капилляры находились в горизонтальном положении и на одном уровне во избежание фильтрации жидкости из одной половины в другую. После заполнения прибор проверяют на отсутствие пузырьков воздуха и на герметичность. Если положение менисков не изменяется в течение 35 минут, это показывает, что прибор собран правильно, и можно включать ток. После включения тока прежде всего определяют знак заряда исследуемой мембраны. Знак заряда определяют по направлению движения жидкости через мембрану по отношению к полюсам источника тока. Направление определяется по перемещению менисков в измерительных капиллярах.

Далее измеряют объемную скорость электроосмотического переноса жидкости. Для этого включают ток и следят за движением мениска жидкости в капиллярах – необходимо, пользуясь секундомером, определить время t, за которое мениск пройдет n (10 или 20) маленьких делений капилляра. Меняя направление тока при помощи переключателя, производят 16 измерений, отмечая каждый раз силу тока I. Полученные данные записывают в виде таблицы.

Таблица 32.1.

Капилляр	Направление движения жидкости	№	Количество протекшей жидкости V = na, см3	Сила тока I, мА	Iср, мА	t, сек	tср, сек	, см3/А.с
		1		9.6		5.5
правый		2	0.89.102	9.6	9.6	5.6	5.825	0.159
		3		9.6		6.2
		4		9.6		6.0
		1		9.6		5.6
правый		2	0.89.102	9.6	9.6	5.6	5.475	0.169
		3		9.6		5.6
		4		9.6		5.1
		1		9.5		12.1
левый		2	1.76.102	9.6	9.575	11.2	11.6	0.158
		3		9.6		11.4
		4		9.6		11.7
		1		9.5		12.5
левый		2	1.76.102	9.5	9.5	11.6	12.225	0.152
		3		9.5		12.0
		4		9.5		12.8

Величина удельной электропроводности  полученного раствора и цена деления капилляра а, указаны в таблице, расположенной над рабочим местом. В нашем случае _KCl = 1.28^.10^3 Ом^1см^1, а_прав = 0.89^.10^3 см³, а_лев = 1.76^.10^3 см³.

Далее вычисляют среднее для всех измерений значение и подставляют его в уравнение . Значения D и  берут из справочных таблиц для чистой жидкости, так как небольшие количества электролита существенно не влияют на эти величины. Для воды и водных растворов D = 81;  = 0.01 пз при 20^оС.

В протоколе следует указать величину и знак потенциала, соответствующий знаку заряда твердой фазы, т.е. внутренней обкладки двойного слоя. В нашем случае во время эксперимента жидкость всегда текла в сторону отрицательного электрода – катода. Следовательно, диффузный слой ДЭС состоит из катионов, а внутренняя обкладка ДЭС (твердая фаза или мембрана) заряжена отрицательно, и электрокинетический потенциал тоже отрицателен: = 0.0285 В = 28.5 мВ.