Отчет о научно-исследовательской работе icon

Отчет о научно-исследовательской работе


Смотрите также:
Отчёт о научно-исследовательской работе за 2009 год...
Отчет по научно-исследовательской работе студенческого кружка "Гармония"...
Задачи: повысить уровень подготовки школьников в области научно-исследовательской работы...
Отчёт о научно-исследовательской работе. Nгос регистрации 01 80 005757 инв. N02. 90 002391...
Отчет о научно-исследовательской работе фгоу впо «Кемеровский гсхи» за 2008год...
Отчёт по научно-исследовательской работе за 2009 год...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе “ наименование работы...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5
скачать
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина» (ФГОУ ВПО МГАВМиБ)




УДК 544.7

№ госрегистрации 01200961265

Инв. № 59-11-13




«УТВЕРЖДАЮ»

Ректор ФГОУ ВПО МГАВМиБ,

академик РАСХН, профессор


______________Ф.И. Василевич

«___» марта 2011 г.



^ ОТЧЕТ о научно-исследовательской работе


Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений.


по теме:

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И СОЗДАНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ВЕТЕРИНАРНО-БИОЛОГИЧЕСКИХ И ЗООТЕХНИЧЕСКИХ

НАПРАВЛЕНИЙ

^
(промежуточный этап №5)


«Теоретические и экспериментальные исследования мембранных коллоидных систем (МКС) и динамического поверхностного натяжения (ДПН) БКС»


Государственный контракт от «07» июля 2009 г. № 02.740.11.0270 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы

Мероприятие 1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров.


Руководитель проекта,

академик РАСХН, д.с/х.н., проф. ___________ Н.А. Балакирев


«__» марта 2011 г.


Москва 2011

^ Список основных исполнителей


Проректор по НР, академик РАСХН, д.с./х.н., проф.

____________

подпись, дата

Н.А. Балакирев

Раздел 5.6

Зав. кафедрой, д.х.н., д.б.н., проф.

____________

подпись, дата

С. Ю. Зайцев

Раздел 5.1-5.7

Проф., д.х.н

____________

подпись, дата

М. С. Царькова

Раздел 5.1, 5.2, 5.4, 5.6, 5.7

Доцент, к.х.н.

____________

подпись, дата

Л.А. Фролова

Раздел 5.7

Доцент, к.х.н.

____________

подпись, дата

О.С. Белоновская

Раздел 5.1, 5.2, 5.4

Доцент, к.б.н.

____________

подпись, дата

А.А. Лисицына

Раздел 5.7

Аспирант

____________

подпись, дата

Е. Н. Зарудная

Раздел 5.1, 5.3, 5.4

Аспирант

____________

подпись, дата

А. Н. Тимонин

Раздел 5.2

Аспирант

____________

подпись, дата

М.Н. Шапошников

Раздел 5.7

Зав. уч. лабораторией

к.б.н.

____________

подпись, дата

И.В. Милаева

Раздел 5.1, 5.3, 5.4, 5.5

Аспирант

____________

подпись, дата

Н.А. Довженко

Раздел 5.1, 5.3, 5.4, 5,5

Аспирант

____________

подпись, дата

Н.А.Ткачев

Раздел 5.5

Студентка

____________

подпись, дата

Д.О. Соловьева

Раздел 5.1, 5.3, 5.4, 5.5

Инженер

____________

подпись, дата

Е.В. Баннова

Раздел 5.4

Нормоконтролер

____________

подпись, дата

Е.Ю. Любинская

Раздел 5.7

Старший лаборант

____________

подпись, дата

Н.С. Епихина

Раздел 5.3



СОДЕРЖАНИЕ

Реферат ………………………………………………………………………………….………….

6

5.1. Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для лабораторной установки изучения крови животных………………………………………...


10

5.1.1 Приборы для измерения динамического поверхностного натяжения крови животных…


10

5.1.2 Прибор для измерения биохимических показателей в крови животных………………….

18

5.1.3 Использование роторного испарителя для моделирования крови животных…………….

22

5.2. Разработка методов и получение МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами. Сравнительный анализ спектров поглощения и флуоресценции хемосенсорных материалов на основе таких МКС ………………...……..


25

5.2.1. Разработка модифицированной методики полива пленок………………………………..

25

5.2.2. Исследование взаимодействия соединения ОМС № 5 с перхлоратом пропандиаммония…………………………………………………………………………………...


27

5.2.3. Исследование образцов ХМ на взаимодействие ОМС №5 с алканандиаммоний диперхлоратами……………………………………………………………………………………..


29

5.3. Разработка модельных систем, имитирующих состав биологических жидкостей животных и сравнительная оценка данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей……………………………..………………………………………..



33

5.3.1 Модельные системы на основе бычьего сывороточного альбумина (БСА) и свиного (ССА) сывороточного альбумина.…………………………………………………………………


33

5.3.2 Модельные системы на основе свиного сывороточного альбумина (ССА) и натрия хлорида ……………………………………………………………………………………………...


37

5.3.3 Модельные системы на основе липидных везикул ………………………………………...

38

5.4. Изучение состава и свойств биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов…..……………………………………………………………………………


44

5.4.1. Становление показателей динамического поверхностного натяжения крови у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза……………………………………………………….


44

5.4.2. Становление показателей динамического поверхностного натяжения у лошадей в зависимости от пола………………………………………………………………………………...


45

5.4.3. Становление биохимических показателей поверхностного натяжения крови у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза в зависимости от возраста и пола……...


47

5.4.4. Корреляционные взаимодействия между отдельными биохимическими показателями и данными межфазной тензиометрии у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза и пола………………………………………………………………………………………………...



50

5.5. Проведение дополнительных патентных исследований по МКС и БКС …………….

57

5.5.1 Общие данные об объекте исследований…………………………………………………

57

5.6. Анализ и обобщение полученных на 5 этапе результатов НИР…...……………………………………………………………………………………………..


76

5.7. Анализ апробации результатов по МКС для определения биологически активных диаминов в учебном процессе…………………………………………………………………...

5.7.1. Внедрение результатов НИР в календарные планы дисциплин, преподаваемых на кафедре органической и биологической химии МГАВМиБ…………………………………

5.7.2. Программа внедрения результатов V этапа НИР в предстоящий с сентября 2011 г. образовательный процесс по направлению 020400 Биология (бакалавриат и магистратура) по Федеральным государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования 3-го поколения………………………………………………..

5.7.3. Список разработанных учебных программ, содержащих внедрение фрагментов V этапа НИР – по мембранно-коллоидным системам для определения биологически активных диаминов………………………………………………………………………………...

^ Список использованных источников

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1


77

77

82

85

87

5.8. Проведение экспериментальных исследований биохимических коллоидных систем с использованием лабораторных установок для формирования мономолекулярных пленок органических и биологических веществ, для исследования биологических мембран, клеток, синтетических и природных полимеров и другого специального оборудования ………………………………………….

90

Приложение 2……………………………………………………………………………………..

94







^ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ


АГ – антигены

АДА - алкандиамины

АТ - антитела

БКС – биохимические коллоидные системы

БМВ - большие моноламеллярные везикулы

БСА – бычий сывороточный альбумин

ДПН - динамическое поверхностное натяжения

ДПФХ - дипальмитоилфосфатидилхолин

ДХЭ – дихлорэтан

ИФА – иммуноферментный анализ

КРС – крупный рогатый скот

КЭ – краун-эфир

ЛС - лекарственные средства

МКС - мембранные коллоидные системы

ММВ - малые моноламеллярные везикулы

НКМ - нанокомпозитные материалы

ОМС - оптические молекулярные сенсоры

ПАВ - поверхностно-активные вещества

ПВБ - поливинилбутираль

ПВХ - поливинилхлорид

ПН - поверхностное натяжение

ПС - полистирол

ССА - свиной сывороточный альбумин

СОЭ – скорость оседания эритроцитов

УЗ - ультразвук

УФ-область – ультрафиолетовая область

ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты

ФКС – ферментные коллоидные системы

ХМ - хемосенсорные материалы

ЦАБ – целлюлозы ацетатбутират

ЦАГФ – целлюлозы ацетатгидрофталат

Ig A - иммуноглобулин А

Ig G – иммуноглобулин G

С 3 - С 3 - компонент комплимента

С 4 – С 4 - компонент комплимента

PT – временной протромбин

PTT – частичный временной протромбин





^ Реферат

Отчет 105 с., 8 ч., 13 рис., 25 табл., 2 приложения.


Ключевые слова: биохимические коллоидные системы, мембранные коллоидные системы, полимеры, иммобилизованные ОМС, супрамолекулярные ферментные комплексы, коллоидно-химические свойства, белки, динамическое поверхностное натяжение, модельные системы, сыворотка крови, спектральные методы.

^ Объекты исследования и разработки. Экспериментальное оборудование для изучения крови животных. МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами. Модельные системы, имитирующие состав биологических жидкостей животных и сравнительная оценка данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей. Состав и свойства биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов. Дополнительные патентные исследования по МКС и БКС. Использование результатов НИР в учебном процессе.


^ Цели работы по пятому этапу

  • Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для лабораторной установки изучения крови животных.

  • Разработка методов и получение МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами. Сравнительный анализ спектров поглощения и флуоресценции хемосенсорных материалов на основе таких МКС.

  • Разработка  модельных систем, имитирующих состав биологических жидкостей животных и сравнительная оценка данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей.

  • Изучение состава и свойств биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов.

  • Проведение дополнительных патентных исследований по МКС и БКС.

  • Анализ и обобщение полученных на 5 этапе результатов НИР

  • Анализ апробации результатов по мембранным коллоидным системам для определения биологически активных диаминов в учебном процессе.



^ Метод и методология проведения работы включали: Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для изучения крови животных, включающее приборы для измерения динамического поверхностного натяжения биологических жидкостей методом максимального давления в пузырьке, методом висящей капли и объёмно-капельным методом; биохимический анализатор для измерения биохимических показателей, а также использование роторного испарителя для моделирования крови животных; разработку методов и получение МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами и анализ спектров поглощения и флуоресценции хемосенсорных материалов на основе таких МКС; разработку  модельных систем, имитирующих состав биологических жидкостей животных и сравнение данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей; изучение состава и свойств биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов методами межфазной тензиометрии и биохимического анализа; проведение дополнительных патентных исследований по МКС и БКС; анализ и обобщение полученных на 5 этапе результатов НИР; разработка методик, создание образцов, методических рекомендаций и учебных программ для внедрения в учебный процесс ФГОУ ВПО МГАВМиБ.

В работе использованы следующие физико-химические методы исследования: измерение ДПН методом максимального давления в пузырьке; биохимический анализ; корреляционный анализ; измерение спектров поглощения; измерение спектров флуоресценции, измерение биохимических показателей крови.


^ Результаты работы

Показано, что изучение крови животных обеспечено экспериментальным оборудованием. Разработана модифицированная методика получения хемосенсорных материалов (ХМ) на основе полимерной матрицы и оптического молекулярного сенсора, позволяющая увеличить чувствительность ХМ. Установлена способность ХМ на основе ОМС №5 к оптической детекции ионов алкандиаммония как класса соединений, для чего оптимальной является комбинация данных о сдвигах в спектрах поглощения и флуоресценции. Показано, что наиболее перспективным для создания оптических ХМ на ионы алкандиаммония является композиция ОМС с ЦАГФ. При изучении модельных систем на основе бычьего (БСА) и свиного (ССА) сывороточного альбумина установлено, что с увеличением концентрации альбумина в растворе наблюдается достоверное снижение значений ДПН при всех временах «существования» поверхности (сильная отрицательная корреляционная связь), значения же коэффициентов наклона тензиограмм, напротив, достоверно увеличиваются (положительная корреляционная связь). Выявлено, что добавление к растворам БСА натрия хлорида практически не влияет на его поверхностное натяжение. В качестве моделей получены везикулы из дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ) и везикулы из ДПФХ и трилаурина; изучено ДПН таких систем. Определены значения z-потенциала для индивидуальных растворов везикул, все значения были отрицательными. Значение z-потенциала для везикул оказалось выше, чем у раствора белка. Показано, что различия в значениях ДПН с возрастом у кобыл и жеребцов связаны с отличием во времени физиологического созревания и начала интенсивного тренинга для достижения призовых результатов, угол наклона тензиограммы (λ0) может служить специфическим показателем, который изменяется в зависимости от пола животного. Изучено становление биохимических показателей поверхностного натяжения крови у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза в зависимости от возраста и пола. Установлено, что для жеребцов и кобыл корреляционные связи между ДПН и биохимическим составом крови отличаются по силе и типу. Проведены дополнительные патентные исследования по МКС и БКС. Проанализированы и обобщены полученные на пятом этапе результаты НИР.

Результаты по мембранным коллоидным системам для определения биологически активных диаминов спектральными методами внедрены в учебный процесс.


^ Рекомендации по внедрению результатов НИР

Разработка методик и создание биохимических коллоидных систем с использованием современных методических и инструментальных достижений позволит решить ряд актуальных фундаментальных проблем в области коллоидной химии и поверхностных явлений, а также прикладных задач биомедицины и экологии, нано- и биотехнологии, ветеринарии и зоотехнии. Биохимические коллоидные системы на основе мембран и тонких пленок позволят создать нанокомпозитные материалы для хемосенсорных устройств биологического контроля катионов биогенных металлов и малых органических молекул в воде и биологических жидкостях.

Все вышеизложенное является неотъемлемой частью научно-технического прогресса в развитии животноводства на современном этапе и будет реализовано в данной НИР на базе достижений коллоидной химии.

Выполнение НИР обеспечит достижение научных результатов мирового уровня в решении многих актуальных фундаментальных и прикладных проблем химии и биологии, медицины и экологии, нано- и биотехнологии, ветеринарии и зоотехнии; позволит завершить создание комплексной системы подготовки высококвалифицированных специалистов (от бакалавров и магистров до кандидатов и докторов наук), обладающих особыми компетенциями по профилю данной НИР, что приведет к формированию эффективного и жизнеспособного научного коллектива.


^ Область применения полученных результатов.

Результаты проекта включены в образовательную программу ФГОУ ВПО МГАВМиБ и использоваться в образовательном процессе на базе научного кадрового потенциала, лабораторного и испытательного оборудования научно-образовательного центра ФГОУ ВПО МГАВМиБ, в том числе в процессе проведения настоящих научно-технических работ.

Новые БКС, разработанные на основе полимеров разного типа, могут найти применение в медицине человека и животных, нано- и биотехнологии, экологии. Полученные на данном этапе результаты являются ключевыми для успешного выполнения всего проекта.

^ Прогнозные предположения о развитии объекта исследования.

В процессе проведения НИР должны быть разработаны технологические параметры БКС и методические рекомендации по их использованию для различных областей применения, в том числе: экспериментальные образцы; методики испытаний экспериментальных образцов; технологии получения биохимических коллоидных систем.

В ходе выполнения НИР будут получены результаты интеллектуальной деятельности (статьи, патенты и т.д.); учебно-методические комплексы, включающие учебно-методические пособия, указания и рекомендации; примерные и рабочие учебные программы, практикумы по дисциплинам «Биохимия мембран», «Физическая и коллоидная химия», «Кинетика и термодинамика ферментативных реакций», «Энзимология», «Биоэнергетика», «Бионанотехнология» и другие.


^ 5.1. Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для лабораторной установки изучения крови животных

5.1.1. Приборы для измерения динамического поверхностного натяжения крови животных

Метод максимального давления в пузырьке. На методе максимального давления в пузырьке основан принцип работы тензиометра ВРА-1Р (Maximum Bubble Pressure Tensiometer) (ФРГ, Sinterface Technologies) (рис.1), который был разработан одним из первых, но является до сих пор наиболее удобным для исследования биологических систем. Значительным преимуществом ВРА-1Р является маленький объём проб, высокая скорость выполнения анализа, полная автоматизация процесса измерений, компьютерная обработка полученной информации.







а б


Рисунок 1 - Тензиометр ВРА-1Р. а) Внешний вид прибора; б) принципиальная схема работы тензиометра ВРА-1Р.


Воздух от компрессора поступает в капилляр, который опущен в исследуемую жидкость. С помощью электрического преобразователя определяется избыточное давление в системе, которое используется для расчёта поверхностного натяжения (рис. 5). Давление, необходимое для отрыва пузырька воздуха от капиллярного кончика, опущенного на границу жидкость-воздух, прямо пропорционально поверхностному натяжению () на этой границе. Электрические сигналы от всех измерительных систем поступают в электронный блок, который посредством аналого-цифрового преобразователя соединён с персональным компьютером.

Чтобы преодолеть капиллярное поднятие смачивающейся жидкости в опущенный в неё капилляр, следует приложить избыточное давление газа, зависящее от поверхностного натяжения жидкости и радиуса кривизны её мениска. Максимальное давление, возникающее при образовании пузырька газа, в процессе выдувания зависит от радиуса капиллярной трубки. По мере роста объёма пузырька газа радиус кривизны уменьшается и приближается к радиусу капилляра. В момент, когда пузырёк примет форму полусферы радиус капилляра будет равен радиусу кривизны и давление достигнет максимальной величины. При дальнейшем росте пузырька радиус кривизны вновь увеличивается, что уменьшает давление внутри пузырька, в результате воздух из капилляра устремляется в пузырёк и пузырёк отрывается. Разделение интервала между пузырьками на так называемый мертвый период и «время жизни» поверхности основано на существовании критической точки зависимости давления от расхода воздуха. В этой точке происходит переход от пузырькового режима истечения газа из капилляра - к струйному.

Поверхностное натяжение исследуемой жидкости () рассчитывается по величине измеренного избыточного давления Р по формуле Лапласа:

(1),

где r - радиус капилляра, PН - гидростатическое давление в измерительной ячейке, Pd - динамическое давление, обусловленное вязко-инерционными эффектами. Для капилляров, используемых при исследовании биологических жидкостей, Pd0. «Время жизни» поверхности рассчитывается по формуле:

(2),

где tb- измеренный интервал между пузырьками, L- объемный расход воздуха. Значения L и P с индексом “c” относятся к критической точке на зависимости P от L.

При значениях LLc имеет место так называемый струйный режим течения газа в капилляре, тогда как при L Lc на кончике капилляра формируются отдельные пузырьки со временем жизни tf0. Следует отметить, что строгая гидродинамическая теория метода максимального давления в пузырьке (учет инерции, вязкости, нестационарности и т. д.) начала развиваться лишь сравнительно недавно, однако уже было продемонстрировано, что простые соотношения (1) и (2) хорошо выполняются в случае капилляров, используемых при исследовании биологических жидкостей. Сравнение данных ВРА-1Р с другими известными методами (осциллирующей струи, объема капли, динамического капиллярного и пр.) показало хорошее совпадение результатов.

В методе максимального давления поверхность пузырька ^ A в процессе его роста расширяется. Для учета этого явления используют вместо измеряемого (физического) времени (tf) так называемое эффективное «время жизни» (teff), которое соответствует недеформируемой поверхности жидкости. Такой прием позволяет сравнивать различные методы, поскольку результаты измерений в данном случае не зависят от способов измерений.




Рисунок 2 - Зависимость давления (Р) от объемного расхода (L) для образца сыворотки крови человека. Точка пересечения прямых - критическая точка (Рс, Lс).


Пересчет физического времени в эффективное осуществляется по формуле:

(3),

где коэффициент зависит от скорости относительной деформации поверхности ():

(4).


Значение коэффициента находится в пределах от 0 до 2/3 и зависит от величины динамического ПН. В процессе измерений тензиометром ВРА-1Р величина коэффициента рассчитывается автоматически.

Этот метод можно использовать так же для измерения динамических натяжений высоко вязких жидкостей (>150 мН/м2).





Рисунок 3 - Динамическая тензиограмма сыворотки крови человека в координатах физического времени.


^ Метод висящей капли. Метод висящей капли используется при измерении поверхностного натяжения на приборе РАТ-1 (Topfen-Blasen-Profiltensiometer) (ФРГ, Sinterface Technologies).



Рисунок 4 - Схема строения тензиометра РАТ-1.

1-макродозирующая система, 2-капля биологической жидкости, 3-источник света, 4-объектив и видеокамера, 5-аналогово-цифровой преобразователь, 6-компьютер, 7-микродозирующая система, 8-термостатируемая ячейка


Его преимуществами являются малый объём анализируемой жидкости, широкий диапазон измерений времени жизни капли (от 10 до 10000с и более). Прибор РАТ-1 (рис.4) состоит из микродозирующего устройства, включающего шприц для жидкостной хроматографии на 0,5 мл и микрометрического регулятора (1), микродозирующей системы (7), которая через процессор управляется компьютером (6), источника света (3), объектива и специальной видеокамеры (4), обеспечивающей неискажённое изображение капли, термостатируемой ячейки (8) с каплей исследуемой жидкости (2), формируемой на кончике стального или тефлонового капилляра (Рис.4).

От видеокамеры (4) сигнал поступает в видеопроцессор (5), где происходит его преобразование из аналогового в цифровой. Затем он передаётся на компьютер (6). Для определения геометрической границы капли используется метод локального порога яркости. Граница капли определяется по максимальному градиенту яркости, как функции от координаты строки изображения, а также используется полиномиальное сглаживание каждой группы из 5 последовательных точек на границе капли. Для калибровки видеоустановки используется эталонная оптическая сетка. Экспериментальная погрешность измерений поверхностного натяжения по методу висящей капли составляет около 0,1 мН/м.

Форма капли, висящей на кончике капилляра, при прочих равных условиях определяется ее размерами. Чем больше объем капли, тем в большей степени ее форма отличается от сферической. Уравнение Лапласа описывает механическое равновесие капли, как баланс действующих на каплю сил. Избыточное давление в капле жидкости, помещенной в другую жидкость или газ, определяется главными радиусами кривизны (R1 и R2) и поверхностным (межфазным) натяжением жидкости:

(5),

где σ – поверхностное натяжение, ΔP – разность давлений между фазами. В отсутствии других внешних сил, кроме гравитации, величина разности давлений может быть выражена как линейная функция высоты капли:

(6),

где ΔP0 – разность гидростатических давлений в плоскости z=0, z – вертикальная координата, Δρ – разность плотностей двух объемных фаз, g – гравитационное ускорение. Капиллярные силы стремятся сделать каплю более сферической, тогда как гравитационные, наоборот, стремятся вытянуть каплю вдоль вертикальной оси.

Таким образом, если известно поверхностное натяжение, то форма капли (главные радиусы кривизны R1 и R2) может быть определена по уравнению Лапласа (5). Определение поверхностного натяжения по форме капли также может быть осуществлено. Rottenberg с сотрудниками предложили метод, названный методом анализа формы осесимметричных капель (ADSA), в котором форма капли автоматически анализируется, оптимизируется и сравнивается с теоретическим лапласовским профилем.

^ Объемно-капельный метод. Измерение ДПН на приборе TVT-2 (фирма Lauda, Германия) (рис.5) происходит объёмно-капельным методом. Принцип измерения ДПН основан на зависимости объема капли, истекающей из полой иглы (капилляра) в воздух, от ее поверхностного натяжения или же во вторую, несмешивающуюся фазу (масло) - от межфазного натяжения жидкости.





Рисунок 5 – Внешний вид тензиометра TVT-2.


При измерении поверхностного натяжения в приборе с помощью специального капилляра формируются капли. Они увеличиваются до тех пор, пока их вес не станет больше силы сцепления с капилляром. Как только вес превысит силу сцепления, капля отрывается от капиллярного кончика и падает, в этот момент с помощью специального датчика происходит измерение её объема. Учитывая объём капли по формуле рассчитывается ДПН:

 = g pV/2rfHB (7).


При измерении межфазного натяжения формируются капли двух несмешивающихся жидкостей, с высокой плотностью, например, воды, в жидкости с небольшой плотностью, например, в масле. Как только вес капли, уменьшенный на подъемную силу, будет равен силе сцепления, капля отрывается от капилляра. Объем падающей капли измеряется, межфазное натяжение рассчитывается по формуле:


 = g (p1-p2)V/2rfHB (8).


Использование TVT-2 позволяет измерять ДПН во временном диапазоне от нескольких секунд до нескольких часов на межфазной поверхности или на границе раздела фаз с точностью до 0,1 мН/м. Объёмно-капельный метод позволяет проводить измерения ДПН очень летучих и/или токсичных веществ с подключением газонепроницаемой системы, исключает проблемы со смачиванием, как, например, в методе отрыва кольца, уравновешивания пластины или метода дуги. Конструкция прибора позволяет проводить измерения проб небольшого объема (до 5 мл), что особенно важно при работе с биологическими жидкостями, а также термостатировать пробы в широком температурном диапазоне (5-90 °C).

Тензиометр TVT-2 отличается простотой в обслуживании и высокой надежностью. Он состоит из пульта с измерительными приборами и блока управления. Основой электронного блока является микропроцессор, осуществляющий регулировку скорости образования капель, подсчета импульсов. Пульт с измерительными приборами содержит легко заменяемый шприц с поддерживаемым температурным режимом, световой затвор, датчик перемещений с высокой разрешающей способностью, а также механическое устройство высокого класса точности для формирования капель.

В полой игле с известным диаметром путем равномерного вдавливания поршня в приборе формируются капли пробы. Путь поршня шприца измеряется с точностью до микрон с помощью датчика перемещений с высоким разрешением, причем скорость точно регулируется и контролируется с помощью системы ФАПЧ. При достижении определенных, устанавливаемых силой сцепления размеров, капля отрывается и падает в приемную кювету. При этом капля улавливается световым затвором, и сообщение об этом посылается в микропроцессор. Последний считывает соответствующий путь поршня шприца и определяет время до предыдущей капли. Эти данные посредством RS-232 передаются с блока управления на персональный компьютер, где по пути, пройденном поршнем и площади поперечного сечения шприца вычисляется объем капли, а затем определяется поверхностное или межфазное натяжение с учетом разницы в плотности измеряемых жидкостей. Использование микропоцессора позволяет задавать и контролировать в автоматическом режиме размер и скорость образования капель.

На блоке управления прибора TVT-2 находятся световые диоды и пиктограммы, которые показывают фактическое состояние прибора. Клавиатура позволяет позиционировать поршень шприца и в режиме «offline». Связь с необходимым для работы персональным компьютером осуществляется в режиме «online» посредством интерфейса RS-232. Программное обеспечение предоставляет возможность проведения экспериментов с возможностью графического и табличного оформления результатов, а также рассчитывать в режиме online полученные данные по поверхностному межфазному натяжению, проводить измерения режима адсорбции ПАВ двумя методами: а) путем изменения времени каплеобразования; б) путем определения времени отрыва капли при заданном ее объеме, экстраполировать до статических величин полученные кривые зависимости поверхностного (межфазного) натяжения от времени, автоматически измерять зависимость ДПН от температуры.

Исключительная точность и воспроизводимость значений измерения TVT-2 обеспечивается благодаря наличию следующих функций:

- Определение объема каждой отдельной капли;

- Точность позиционирования в микронном диапазоне;

- Автоматическое регулирование скорости подачи в соответствии с фактическим объемом капли;

- Автоматическое регулирование интенсивности работы светового затвора в соответствии с используемыми жидкостями;

- Простое обслуживание различных сочетаний шприц/полая игла и размеров;

- Квазистатический режим для поверхностей с очень продолжительным сроком жизни.

Для точной работы в основу прибора положена прецизионная техника:

- Отшлифованные, точно замеренные шпиндели;

- Направленное устройство выдавливания, приводимое в действие от двигателя постоянного тока и управлением от системы ФАПЧ;

- Датчик перемещений с высоким разрешением для определения объема, работающий с точностью до микрон;

- Высококачественные газонепроницаемые шприцы с постоянным внутренним диаметром;

- Полые иглы из стали или стекла для каплеобразования;

- Одноразовые шприцы и полые иглы позволяющие значительно сокращать время проведения измерений за счёт процедуры очистки;

- Оптический детектирующий элемент с электронным управлением для капель;

- Герметически закрытая приемная кювета;

- Надежная конструкция, отсутствие проблем при работе с коррозирующими и токсичными пробами;

- Шприц и кювета с возможностью поддержания равномерной температуры до 60 °C или в качестве опции до 90 °C с помощью термостатов.


Таблица 1 –Технические данные TVT-2

Диапазон измерения

мН/м

0,1-100

Разрешение

- ход

мкм

± 0,1

- объем

мкл

± 0,01

- поверхностное натяжение/межфазное натяжение

мН/м

± 0,01

- время каплеобразования

с

± 0,1

Воспроизводимость отдельных капель чистых жидкостей (механические допуски):

- ход

мкм

< 2,5

- объем (в пересчете на объем шприца)

%о мкл

0,07

- поверхностное натяжение

мН/м

±0,08хобъем шприца [мл] 1

- межфазное натяжение

верхнее предельное значение следует умножить на р (разница плотностей)

- время каплеобразования для t <100 с 2

с

±0,1-0,5

Воспроизводимость средних значений по 5 каплям

- поверхностное натяжение (в зависимости от типа шприца и полой иглы)

мН/м

±0,01 -0,05

Абсолютная точность

около 0,5% последнего значения поверхностного натяжения

Время падения капли

с/мкл

0,04 (для 5 мл) 170 (при значении до 0,25 мл)

Постоянство скорости

<1%




Температурный диапазон

0С

5-60, 5-90 (с помощью специального термостатирующего блока)






оставить комментарий
страница1/5
Дата12.10.2011
Размер1,51 Mb.
ТипОтчет, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх