Дисперсионный анализ

ДИСПЕРСИОННЫЙ АНАЛИЗ, совокупность методов экспериментального определения средних размеров частиц (или пор) в дисперсных системах или функции распределения частиц (пор) по размерам. Данные дисперсионного анализа также позволяют количественно оценить другие важные характеристики дисперсных систем: дисперсность (величину, обратную размеру частиц) и удельную межфазную поверхность. Некоторые методы дисперсионного анализа (например, оптическая, электронная и ультрамикроскопия, кондуктометрические методы) позволяют измерять параметры отдельных частиц дисперсной фазы, другие (например, седиментационные и адсорбционные методы) - исследовать свойства всего ансамбля частиц.

Для исследования грубодисперсных систем с твёрдыми частицами используют простейший метод дисперсионного анализа - ситовой анализ, заключающийся в просеивании исследуемого образца через сита с определёнными размерами отверстий; измерив массы выделяемых фракций, определяют содержание частиц различных размеров, выраженное процентным отношением массы частиц определённого размера к общей массе частиц, т. е. получают гранулометрический состав исследуемого образца.

Методы седиментационного анализа основаны на определении размеров частиц дисперсной фазы путём измерения скорости их осаждения (седиментации) в жидкой среде; позволяют получить функцию распределения частиц по размерам и рассчитать удельную поверхность частиц. Осаждение может происходить под действием силы тяжести (гравитационный метод; используют для исследования грубодисперсных систем) или центробежных сил (центрифугирование, ультрацентрифугирование - для коллоидных систем или растворов полимеров).

Оптические методы дисперсионного анализа - микроскопия (в том числе электронная и ультрамикроскопия), нефелометрия, турбидиметрия и др. - основаны на исследовании рассеяния (поглощения) света дисперсными частицами. Современные варианты оптических методов позволяют в автоматическом режиме получать различные функции распределения, в том числе учитывать форму частиц. Оптические методы применяют для изучения строения дисперсных систем, определения концентрации частиц дисперсной фазы (позволяют, в частности, наблюдать флуктуации концентрации, броуновское движение).

Рентгеновские методы исследования дисперсных систем основаны на изучении распределения в пространстве и интенсивности рассеянного на анализируемом объекте рентгеновского излучения (метод малоуглового рентгеновского рассеяния и др.); в основном рентгеновские методы используют для изучения структуры (кристалличности, упаковки молекул) частиц дисперсной фазы; возможно и определение размеров частиц. Кондуктометрическим методом дисперсионного анализа измеряют величину импульсов электрического тока, возникающего при прохождении частиц через отверстие в непроводящей перегородке; метод позволяет получить функцию распределения числа частиц по их объёмам. Диаметр частиц одного размера определяют, измеряя скорость их диффузии.

Величину удельной межфазной поверхности определяют в основном с помощью адсорбционных методов, измеряя количество адсорбированного на поверхности частиц вещества; одним из таких методов является метод, основанный на использовании уравнения Брунауэра - Эммета - Теллера (так называемые уравнения БЭТ). Размеры пор пористых веществ определяют методом капиллярной конденсации сильно адсорбирующихся веществ (смотри в статье Адсорбция).

Ниже приведены интервалы размеров частиц, соответствующие границам применимости различных методов дисперсионного анализа (м):

Ситовой анализ  10^‒2—10^‒4

Седиментационный анализ в гравитационном поле  10^‒4—10^‒6

Кондуктометрический метод 10^‒4—10^‒6

Микроскопия  10^‒4—10^‒7

Центрифугирование  10^‒6—10^‒8

Ультрацентрифугирование 10^‒7—10^‒9

Ультрамикроскопия  10^‒7—10^‒9

Нефелометрия 10^‒7—10^‒9

Электронная микроскопия 10^‒7—10^‒9

Дисперсионный анализ имеет важное практическое значение в различных областях науки и промышленности, позволяя исследовать свойства широко применяемых дисперсных систем (адсорбентов, катализаторов, паст, порошков, суспензий, эмульсий и пр.).

Лит.: Ходаков Г. С. Основные методы дисперсионного анализа порошков. М., 1968; Градус Л. Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии. М., 1979; Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. 2-е изд. М., 1984; Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. 3-е изд. Л., 1987. Смотри также литературу при ст. Дисперсные системы.