Медицинские и биологические измерения
штрихов решетки на поверхности измеряемого зуба. Регистрирующий канал включает в себя узкополосный светофильтр для устранения внешней засветки и проецирующий объектив, который строит изображение измеряемого зуба в плоскости чувствительного элемента ПЗС-камеры. В интраораль-ной 3D-камере используют также четыре дополнительных светодиода без проекционной оптики для подсветки зубов внутри полости рта пациента во время фокусировки и поиска оптимального положения профилометра.
Поле зрения камеры 14x19 мм, глубина фокусировки 14 мм, габаритные размеры камеры 50x65x240 мм, масса 350 г.
Во время измерений интраоральная 3D-камера регистрирует четыре изображения зуба с проецированными полосами, по которым осуществляется реконструкция 3D-по-верхности зуба. Время экспозиции составляет 160 мс. Средняя квадратическая погрешность измерения формы поверхности не превышает 40 мкм.
Измерение поверхности зуба осуществляет врач непосредственно в полости рта пациента после предварительного препарирования зуба и нанесения на его поверхность специального диффузно отражающего мелкодисперсного порошка для повышения контраста проецируемых полос. Ин-траоральную 3D-камеру включают при помощи нажатия педали и фиксации ее в нажатом состоянии, после чего на плату видеозахвата в компьютер начинает поступать видеосигнал, и на экране монитора можно наблюдать изображение с ПЗС-камеры в режиме «реального времени». Для подсветки зубов в это время включены четыре специальных све-тодиода. Врач, манипулируя интраоральной 3D-камерой и ориентируясь по изображению на экране монитора, опре-
деляет оптимальное положение, при котором измеряемый зуб находится в плоскости наилучшей фокусировки. При отпускании педали происходит отключение питания четырех светодиодов вспомогательной подсветки и последовательное включение светодиодов в проецирующих оптических каналах. В память компьютера записываются четыре изображения измеряемого зуба с проецированными полосами, по которым осуществляется реконструкция формы поверхности зуба в автоматическом режиме.
Интраоральную 3D-камеру применяли для измерения формы поверхности зубов, отпрепарированных под коронки и вкладки. Используемое в 3D-камере многоракурсное освещение объекта и съемка зуба с различных сторон с последующей «склейкой» 3D-поверхности позволяют измерять сложные поверхности зубов с большими градиентами и затененными участками.
Л и т е р а т у р а
1. Pat. 4766704 US /M. Brandestini, W. H. Moermann // 1988.
2. Pat. 20070146726 US /Quadling e. a. // 2007.
3. Pat. 20090153879 US / N. Babayoff, I. Glaser-Inbari // 2008.
4. Kuhmstedt P. e. a. // Proc. SPIE. 2007. V. 6762. P. 67620E.1
5. Па . 2232373 РФ / Г. Г. Левин, Г. Н. Вишняков, К. Е. Ло-щилов // Изобретения. Полезные модели. 2004. № 19.
6. В в Г. Н. и др. // Оптика и спектроскопия. 2005. Т. 99. № 4. С. 680.
7. Takeda M., Mutoh K. // Appl. Opt. 1983. V. 22. N 24. P. 3977.
Дата принятия 29.12.2009 г.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
541.183
Исследование свойств дисперсных систем методом электрокинетической звуковой амплитуды. Ч. 2. Расчет параметров адсорбционных слоев полимера
Н. А. БУЛЫЧЕВ
Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Москва, Россия,
e-mail: nbulychev@mail.ru
Рассмотрен новый метод электрокинетической звуковой амплитуды, используемый для изучения физико-химических свойств дисперсных систем и закономерностей адсорбции высокомолекулярных соединений на поверхности частиц в дисперсных системах. Вычислены параметры адсорбционных слоев полимера, необходимые для анализа структуры таких слоев.
Кпючевые слова: электрокинетическая звуковая амплитуда, дисперсные системы, высокомолекулярные соединения, адсорбция.
Application of novel method electrokinetic sonic amplitude for study of adsorption of ethylhydroxyethylcellulose polymer at titanium dioxide and ferrous oxide hydrophilic particles surface in aqueous dispersions in presence and absence of intensive mechanical treatment is discribed. Parameters of polymer adsorption layers were calculated for the quantitative analysis of those structure.
Key words: electrokinetic sonic amplitude, dispersions, high-molecular compounds, adsorption.
Проанализировав результаты, приведенные в [1], и сравнив концентрации насыщения адсорбционных слоев полимера — этилгидроксиэтилцеллюлозы (ЭГЭЦ) — для меха-
нически обработанных и необработанных дисперсных систем, полученные методом электрокинетической звуковой амплитуды (ЭЗА), можно заключить, что интенсивное механи-
ческое воздействие приводит не только к увеличению стабильности и дисперсности системы, но и более активной сорбции полимера на поверхности, а значит, увеличению количества адсорбированного полимера. Однако, как было показано в [1], при интенсивном механическом воздействии на дисперсную систему уменьшается размер частиц, при этом увеличивается суммарная площадь поверхности частиц дисперсной фазы, и следовательно, возрастает суммарное количество адсорбированного полимера. Для дальнейшей интерпретации данных ЭЗА и получения информации о росте количества адсорбированного полимера на единицу площади поверхности дисперсной фазы были проведены вычисления соотношений площади поверхности частиц до и после механической обработки для сравнения с соотношением концентраций насыщения.
Суммарную площадь поверхности частиц дисперсной системы можно записать как
где S4, пч — площадь поверхности одной частицы и их общее количество.
С учетом сферической формы частиц площадь поверхности можно выразить через их радиус гч в виде
S,, = 4кг ч2,
отсюда число частиц
= m = тп = 3тп Пч тч ^ PTiO2 4пгч PTiO2 '
где тп — общая масса пигмента; тч, Уч — масса и объем частицы; pTio2 — плотность диоксида титана.
Таким образом, суммарная площадь поверхности частиц
4пг2 3тп 3тп
S = -ч-- =-п--(1)
c 4пгч3 Pto2 гч PTiO2
Соотношение суммарных площадей поверхности частиц для обработанной и необработанной дисперсной системы
Sc2 3тп гч1 pTiO2 гч1 (2)
Sc1 3тп гч2 pTiO2 гч2
T а б л и ц а 1
С е аде ве е а / S„„
c2 c1
еа ае (C2/C1) д е баб
Здесь величины с индексом 1 соответствуют необработанной дисперсной системе, с индексом 2 — дисперсной системе после механической обработки.
Из выражения (2) следует, что соотношение суммарных площадей поверхности частиц до и после механического воздействия равно обратному соотношению средних размеров частиц.
Подставив в (2) значения размеров частиц при концентрации насыщения для обработанных (С2) и необработанных (С1) дисперсных систем ТЮ2 и Fe2O3, можно вычислить увеличение площади поверхности частиц при механической обработке (табл. 1).
Для обеих систем суммарная площадь поверхности частиц увеличивается соответственно в 1,6 и 2,1 раза после виброволнового воздействия и в 3,4 и 4,7 раза после ультразвуковой (УЗ) обработки. Однако концентрации полимера, при которых достигается насыщение адсорбционного слоя, повышаются соответственно в 5 и 3 раза (вибромеханическое воздействие) и в 15 и 7 раз (УЗ-обработка). Это доказывает, что количество адсорбированного полимера на единицу поверхности возрастает после интенсивной обработки. Приведенный факт согласуется с данными об изменении динамической мобильности ц частиц для механически обработанных и необработанных дисперсных систем от чистого пигмента до пигмента, покрытого полимером при концентрации насыщения (табл. 2).
Таким образом, по результатам измерений методом ЭЗА и расчетов параметров частиц дисперсной фазы можно сделать качественный вывод об увеличении толщины адсорбционных слоев полимера, образующихся после УЗ-обработ-ки дисперсной системы.
С использованием данных измерений показателя преломления супернатанта дисперсных систем было доказано полное осаждение полимера на поверхности пигментных частиц при концентрациях, ниже и равных концентрациям насыщения адсорбционного слоя [2—4]. Это позволило получить информацию о количестве адсорбированного полимера и с учетом суммарной площади поверхности частиц дисперсной фазы вычислить значения толщины адсорбционных слоев ЭГЭЦ по выражению
О = Чсл 1 ^ (3)
С учетом (1) можно рассчитать общий объем адсорбционных слоев
Чсл = тЭГЭЦ 1 Рэгэц, (4)
где ^эгэц, Рэгэц — общая масса адсорбированного полимера и его плотность.
Подставив (4) в (3), можно вычислить количество адсорбированного полимера на поверхности пигмента и толщину его слоев как без механической обработки дисперсных систем, так и после нее (табл. 3). Из табл. 3 следует, что для обеих изученных систем толщина адсорбционных слоев возрастала после обработки. Особенно ярко этот эффект проявился на примере дисперсии диоксида титана, где после виброволнового воздействия толщина слоя адсорбированного полимера увеличилась в 1,5 раза, а после УЗ-обработ-ки — в 3,4 раза. Это доказывает факт активации поверхности пигментов в процессе механической обработки их водных дисперсий, сопровождающейся эффективной дезагломера-
Система Средний размер частицы, мкм SC2 / SC1 C2 / C1
без обработки вибро УЗ вибро УЗ вибро УЗ
TiO2 + ЭГЭЦ Fe2O3 + ЭГЭЦ 0,85 1,4 0,52 0,65 0,25 0,3 1,6 2,1 3,4 4,7 5 3 71 сл
Т а б л и ц а 2
С е еа
а дае
* чУ1(С2 ^ Д е
Ац а г е в
аб
е е ва г
С / С1 Ац
Система вибро УЗ без обработки Ац1 вибро АЦ2 УЗ Ацз АЦ2 / Ац Ацз / Ац
ТЮ2 + ЭГЭЦ 5 15 0,5 1,1 1,7 2,2 3,4
Fe2Oз + ЭГЭЦ 3 7 2 2 2,5 1,2 1,5
цией и дезинтеграцией частиц и образованием новой поверхности с активными центрами адсорбции, а также открывает возможности для модификации поверхности пигментов поверхностно-активными соединениями различной природы для придания ей новых свойств.
Таким образом, проведенные исследования методом ЭЗА позволили получить важную фундаментальную информацию об адсорбции полимера на поверхности гидрофильных диспергированных частиц как до, так и после интенсивного механического воздействия. Для двух типов неорганических материалов были установлены концентрации, при которых наблюдается насыщение адсорбционного слоя, доказано полное осаждение полимера на поверхности частиц до насыщения адсорбционного слоя. На основани
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.