Седиментацио́нный ана́лиз — совокупность методов определения размеров частиц в дисперсных системах и молекулярной массы макромолекул в растворах полимеров по скорости седиментации в условиях седиментационно-диффузного равновесия.

Седиментационное равновесие

На сферические дисперсные частицы действуют силой тяжести, пропорциональная кажущейся (с учётом закона Архимеда) массе:

где  — ускорение свободного падения, Невозможно разобрать выражение (<math_output_error>): \! \Delta\rho=\rho_2-\rho_1  — разность плотностей частицы и среды.

Под действием силы частицы начинают ускоренно двигаться, однако при этом на них действует сила сопротивления среды , пропорциональная их скорости , радиусу и вязкости среды (закон Стокса):

При возрастании скорости частицы наступает момент, когда сила сопротивления среды уравновешивает силу тяжести , действующую на частицу и после этого момента частица движется с постоянной скоростью седиментации :

где  — объём сферической частицы радиуса .

При осаждении частиц возникает градиент их концентрации, направленный по направлению силы тяжести, такой градиент приводит к диффузии частиц в направлении их меньшей концентрации, то есть в направлении, обратном направлению седиментации; при этом возможно состояние, когда седиментационный и диффузионный потоки взаимно уравновешиваются — наступает седиментационно-диффузное равновесие, описываемое барометрической формулой:

Методы седиментационного анализа

Обычно седиментация в гравитационном поле применяется для грубодисперсных систем (суспензий, эмульсий), размер частиц которых превышает 1 мкм. Один из традиционных приборов для этой цели — торсионные весы.

Седиментация в центробежном поле используется для изучения коллоидных систем и растворов полимеров; центробежные ускорения достигают сотен тысяч и реализуются в ультрацентрифугах с частотой вращения ротора до нескольких десятков тысяч об/мин.

Отношение скорости седиментации к центробежному ускорению (константа седиментации) — важная молекулярно-кинетическая характеристика системы. Она зависит от массы и формы частиц фазы или молекулярной массы макромолекул. Единицей константы седиментации является сведберг, обозначаемый в литературе как большое латинское .

Эти методы позволяют получать как усреднённую характеристику дисперсности, так и кривые распределения частиц по размерам или массам (для полимеров — молекулярно-массовое распределение).

Литература

1. Ходаков Г. С., Юдкин Ю. П. Седиментационный анализ высокодисперсных систем. — М., 1981.

См. также

• Динамическое рассеяние света
• Анализ траекторий наночастиц
• Ситовой анализ