Как сделать сталагмометр
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 04.10.2024
СТАЛАГМОМЕТРИЯ СТАЛАГМОМЕТРИЯ (от греч. stalagma—капля и metron—мера),. или капельный метод, способ измерения поверхностного натяжения (см.) ясщкостей путем подсчета количества капель, на к-рое распадается определенный объем жидко, ти, вытекая из вертикальной капилярной трубки, называемой сталагмометром. Метод основан на законе Тата (Tate), который состоит в том, что капля, образующаяся на горизонтальной круговой поверхности, отрывается, когда ее вес становится равным произведению из поверхностного натяжения на основание капли. При применении одной и той же площади отрыва вес капли пропорционален поверхностному натяжению; следовательно при понижении поверхностного натяжения жидкости количество капель, вытекающее из определенного объема трубки, увеличивается и наоборот. Хотя закон Тата не абсолютно правилен, однако для практических целей можно считать пропорциональность почти абсолютной (Lohnstein, Livingstone-Morgan и др.). Сталагмометр по Траубе «представляет собой прямую или изогнутую под прямым углом (см. Капельница) (рис. 1 и 2), точно калибрированную трубку с расширением между двумя нанесенными на . ней метками, указывающими объем данного прибора. Нижний конец трубки, с к-рого должны отрываться капли, гладко отшлифован. На приборе указаны его емкость и количество капель воды, вытекающих из него при t° 15°. Измерение производится следующим образом: насасывают в прибор резиновым баллончиком испытуемую жидкость (сыворотка) до верхней метки и укрепляют его зажимом в вертикальном положении. Дают жидкости вытекать по каплям до нижней метки, одновременно сосчитывая их. Подсчет капель может производиться также автоматическим путем посредством автоматического счетчика, предложенного фирмой Гергардт. Каждая капля, падающая из сталагмометра на особую Рисунок 1 Сталагмо- метр
:. Сталагмометр Траубе. целлюлоидную пластинку, замыкает Траубе. ток,который при помощи электромагнита приводит в движение часовой механизм, отсчитывающий количество вытекших капель. Благодаря нанесенной на приборе градуировке точность отсчета возможна до 0,05 капли. Перед употреблением аппарат должен быть тщательно вымыт, чтобы он не содержал каких-либо следов жира. То же самое относится к шлифованной поверхности. Необходимо проследить, чтобы вся шлифованная поверхность полностью смачивалась испытуемой жидкостью. Столб жидкости в приборе не должен быть прерван малейшими пузырьками воздуха. Несоблюдение этих условий может повести к ошибочному определению поверхностного натяжения. Определение следует также вести при определенной t°, т. к. с повышением t° на 5° количество вытекающих капель увеличивается (примерно одна капля на каждые 100 капель воды). Количество капель, вытекающих в единицу времени—в 1 минуту, не должно превышать 20. Если исследуется жидкость, вытекающая с ббльшим количеством капель в 1 минуту, то необходимо слегка закрыть пальцем верхнее отверстие аппарата. Наоборот, при сильно замедленном вытекании капель следует слегка нажать на столб жидкости резиновым баллончиком, чтобы ускорить вытекание жидкости. Рекомендуется для жидкостей различных вязкостей применять разные аппараты. Для крови удобнее пользоваться прямым прибором.—Для регуляции скорости вытекания капель Шеменский (Schemensky) предложил соединить верхнее отверстие сталагмометра с широкой пробиркой, наполненной жидким парафином (рис. 3). Сквозь пробку, плотно закрывающую эту пробирку, проведены два сте-
Рисунок 3. Аппарат Шемен-ского.
клянных капиляра. Один из них одним концом погружен в парафин, другой же служит для соединения пробирки со сталагмометром при посредстве резиновой трубки. В зависимости от того, имеем ли мы замедленное или ускоренное вытекание капель, соответственно опускается или приподнимается капиляр из парафина. Сталагмометр Чапека (Czapek) состоит из согнутой стеклянной трубки, имеющей диа- Пметр в 12 мм и кончающейся капиляром Флейшель-Мичера. В трубку до пуля наливается вода, а в стаканчик-—-исследуемая жидкость. Капиляр погружается в нее на 1—РД, мм - В открытое колено по каплям добавляется дест. вода до тех пор, пока воздух в закрытом колене под давлением столба жидкости преодолеет силу поверхностного натяжения исследуемой жидкости, находящейся в стаканчике, и появится внутри его. Количество прилитой воды является мерилом поверхностного натяжения испытуемой жидкости. Единица поверхностного натяжения дестилированной воды при температуре в 16° равняется 4,6—4,7 каплям, Расчет. Если принять поверхностное натяжение для воды за 100, то для исследуемой жид^ кости оно будет равняться =, х 100 (1), где Z есть число капель исследуемой жидкости, a Z№— число капель воды в равных объемах. Т. к. исследуется жидкость, уд. в. к-рой разнится от уд. в. воды, то необходимо принимать это во внимание и ввести этот фактор в формулу (1) и тогда получим: а = я х Ю0 х уд. в. (2)—выражение поверхностного натяжения в процентах по отношению к воде. Можно также выразить а в абсолютных единицах поверхностного натяжения воды по отношению к соприкасающейся Рисунок 4. Пипетка Рона и Михае-лиса.
5. Пипетка Ропа Михаелиса. Рисунок 6. То шев водяной бане. среде, а именно к воздуху. Поскольку поверхностное натяжение чистой воды в этом случае будет равняться 7,30 мг/мм, то выражение а в мг/мм следует произвести по формуле а= ~х х уд. вес х 7,30 мг/мм, или, если принять поверхностное натяжение воды за 75 дин/см (Is- covesco), то Стеффа-
предложили быстро капающую пипетку, вместимостью около 3 см?; она оканчивается внизу слегка суживающимся заострением и обладает не очень тонкими стенками (рис. 4 и 5). Если желательно работать не при комнатной темп., а при более высокой, то можно пользоваться пипеткой Рона и Михаелиса, погруженной в водяную баню (рис. 6), или прибором Стеффа-нутти (рис. 7). С. находит себе применение в клинике б-ней печени, для определения желчных и жирных кислот в моче и сыворотке крови, снижающих поверхностное натяжение. Увеличенное содержание неорганических солей повышает поверхностное натяжение жидкости. Сталагмометрия находит себе применение также в бактериологии и серологии для реакции иммунитета в виде мейостагминовой реакции (см. Асколи мейо-стагминовая реакция). Лит.: Kopaczewski W., Pharmacodynamie des colloldes, P., 1923; Rona P., Praktikum der physiologi-schen Chemie, B. I, p. 96, В., 1926 u. B. II, p. 307, 1929. И. Идиксон.
Сталагмометр СТ-2 предназначен для определения поверхностного натяжения растворов ПАВ методом определения объема капель, выдавливаемых на границах: раствор - ПАВ-антиполярная жидкость или раствор ПАВ - воздух.
Температура окружающей среды - до 40 °С.
Относительная влажность воздуха - не более 80 %.
Перед включением сталагмометра в сеть проверить видимую часть электропроводки на отсутствие возможных нарушений изоляции. В случае неисправности необходимо ее заменить. Проверить целостность заземления. В случае появления признаков замыкания электропроводки на корпус (пощипывание при касании к металлическим частям) сталагмометр необходимо немедленно отключить от сети для выявления и устранения неисправностей. Запрещается включать сталагмометр в сеть напряжением, отличным от 220, располагать вблизи (на расстоянии менее 1 м) от электронагревательных приборов.
Конструкция сталагмометра представлена на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Сталагмометр для определения поверхностного натяжения на границе жидкость-жидкость:
- 1 - микрометр; 2 - пружина; 3 - поршень; 4 - шприц; 5 - слой исследуемой жидкости; 6 - капля; 7 - сосуд; 8 - дистиллированная вода; 9 - игла;
- 10 - капилляр; 11 - стойка штатива; 12 - винт; 13 - втулка; 14 - скоба
Принцип действия сталагмометра: при вращении микрометра наконечник оказывает давление на подвижный шток поршня, который перемещаясь в корпусе шприца, заполненного исследуемой жидкостью, выдавливает ее из кончика капилляра 9 в виде капли 6 в другую жидкость 8. При достижении критического объема капли отрываются, всплывают и образуют слой 5.
Выкрутить микрометр против часовой стрелки до тех пор, пока наконечник не выровняется с нижним краем микрометра. Поршень 3 надевается на шприц 4 и закрепляется с помощью скобы 14 на штативе. Шприц заполняется нефтью, на шприц надевается игла 9 с прямым или загнутым капилляром. В случае определения поверхностного натяжения на границе жидкость-воздух под кончик капилляра подставляется пустой стаканчик. В случае определения поверхностного натяжения на границе жидкость-жидкость, в стаканчик наливается дистиллированная вода. Записывается число делений лимба микрометра 1 и включается в сеть электродвигатель, который приводит во вращение микровинт, сообщающий поршню поступательное движение. Поршень шприца 4 начинает медленно перемещаться, вытесняя тем самым нефть из капилляра. В связи с этим на кончике капилляра формируется капля, которая при достижении критического объема, отрывается от капилляра. В момент отрыва капли необходимо отключить электродвигатель от электросети и записать число делений лимба микрометра. Высчитывается объем выдавливаемой капли в делениях лимба микровинта. Проводится не менее 10 подобных замеров и берется среднее значение объема капли V, по которому вычисляется величина поверхностного натяжения на границе нефть - дистиллированная вода.
Микрометр обеспечивает точное определение объема выдавливаемой капли жидкости V, который составляет произведение площади поперечного сечения поршня шприца сталагмометра и длины его хода:
где R - радиус поршня; / - длина хода поршня (определяется микрометром с точностью до 0,001 см).
Капля углеводородной жидкости отрывается от капилляра в тот момент, когда подъемная сила, действующая на каплю, будет превышать силу поверхностного натяжения, удерживающего ее. Подъемная сила Р определяется по формуле:
где рв - плотность воды или водного раствора ПАВ; рн - плотность углеводородной жидкости; g - ускорение силы тяжести.
Исходя из условий равновесия сил, можно записать:
где а - поверхностное натяжение; г - радиус капилляра; V- объем капли.
Подставляя значение объема капли из уравнения (6.5) в уравнение (6.7) и решая его относительно а, получаем:
Выразим / через п (число делений Лимба). Тогда:
Для прибора (при данных радиусах капилляра и поршня) величина
————— постоянная. Выразим ее через постоянную К прибора. 2-г
Тогда величина поверхностного натяжения может быть представлена в виде формулы:
где о - среднее значение межфазного поверхностного натяжения, мН/м; К - постоянная капилляра, (мН/м)/(кг/м 3 ); V - среднеарифметическая величина объема выдавливаемой капли, в делениях лимба микровинта; р, - плотность одной среды, кг/м 3 ; р2 - плотность второй среды, кг/м 3 .
Для определения постоянной капилляра необходимо замерить межфазное поверхностное натяжение органической жидкости на границе с дистиллированной водой, для которой это значение имеется в справочнике. Определив на сталагмометре объем выдавливаемой капли, например октана, постоянную К капилляра определяют по формуле:
где 50,96 - поверхностное натяжение на границе октан - дистиллированная вода; рв - плотность воды; р0 - плотность октана.
Основной частью прибора является микрометр 1, определяющий объем выдавливаемой капли, прикрепленный при помощи скобы 14 к втулке 13, которая может свободно передвигаться на стойке штатива 11. Положение микрометра фиксируется винтом 12. В скобе 14 укреплен корпус медицинского шприца 4. Верхний конец поршня 3 шприца прикреплен к пружине 2. На шприц надевается игла 9, которая вводится в стеклянный изогнутый капилляр 10, опускаемый в сосуд 7.
Читайте также: