DD290786A7 - MEASURING CELL CONFIGURATION FOR DETERMINING THE ELECTROKINETIC FLOOD POTENTIAL ON PLATE SOFT OR EXCAVATIVE SUBSTRATES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Meszzellenkonfiguration zur Bestimmung des elektrokinetischen Stroemungspotentials an plattenfoermigen oder aufstreichfaehigen Substraten. Zur reproduzierbaren Bestimmung von Zetapotentialen an plattenfoermigen Substrat/Elektrolyt-Systemen wird eine Meszzellenkonfiguration vorgeschlagen, die im Gebrauch sicher, nach auszen abgeschlossen und leicht handhabbar ist. Die konzipierte Apparatur eignet sich bevorzugt zur Messung an plattenfoermigen Substraten, wobei die bekannten Nachteile anderer Meszzellen, wie die dort auftretenden Schnittstellen zwischen Probenkammer und Elektrodenteilen wegfallen. Mit der erstellten Meszapparatur besteht die Moeglichkeit Stroemungspotentiale sind besonders zur elektrokinetischen Charakterisierung der auftretenden Wechselwirkungen zwischen den im Offsetdruck auftretenden Grenzflaechen und den eingesetzten Feuchtmitteln geeignet. Die Meszapparatur kann zur Charakterisierung der Wechselwirkungen aller Vorgaenge eingesetzt werden, bei denen ebene Materialien mit fluiden Systemen kontaktiert werden.{Meszzellenkonfiguration; Stroemungspotential; Zetapotential; elektrokinetisch, reproduzierbar; Probenkammer; Grenzflaeche; Feuchtmittel; Substrat, plattenfoermig, aufstreichfaehig}The invention relates to a measuring cell configuration for determining the electrokinetic flow potential on plate-like or paintable substrates. For the reproducible determination of zeta potentials on plate-like substrate / electrolyte systems, a measuring cell configuration is proposed which, in use, is safe, finished and easy to handle. The designed apparatus is preferably suitable for the measurement of plate-shaped substrates, wherein the known disadvantages of other measuring cells, such as the interfaces between sample chamber and electrode parts occurring there, are eliminated. With the created Meszapparatur there is the possibility Stroemungspotentiale are particularly suitable for the electrokinetic characterization of the interactions occurring between the occurring in offset printing Grenzflaechen and the dampening solution used. The measuring apparatus can be used to characterize the interactions of all processes in which even materials are contacted with fluid systems. {Meszzellenkonfiguration; Stroemungspotential; Zeta potential; electrokinetic, reproducible; Sample chamber; boundary surface; Fountain solution; Substrate, plate-like, paintable}
Description
den Anschraubvorgang der beiden Zellenhälften und deren Verschraubung mit dnn Elektrodenkammern Materialermüdungserscheinungen, die zur schnellen Zerstörung der Apparatur beitragen. Dadurch ist eine routinemäßige Nutzung des Meßgerätes erschwert oder gar unmöglich. Zusätzlich sind aufgrund der erforderlichen Verbindungsstellen zwischen Meßspalt und den Elektrodenkammern Turbulenzen im Fluidstrom nicht ausgeschlossen, wodurch die Forderung nach Laminarität der Flüssigkeitsströmung und Entwicklung eines gleichgewichts-parabolischen Strömungsprotils gestört ist. Da der Elektrolyt durch die Art die in dor DD PS 213513 beschriebenen Anordnung ohne Verwendung von Dichtstoffen trotz fester Verschraubung der beiden Zollhälften an der Probenrückselto entlangfließt, waren insbesondere bei Einsatz von polymerbeschichteten Metallsubstraten durch das Auftreten von „elektrischen Durchschlagen" keine reproduzierbaren Messungen erzielbar. Der Gebrauch von Bienenwachs erweist sich deshalb zur Abdichtung des Spaltes zwischen Frobenrückseite und Zeilenwand wie in van Wagenen, R.A.; Andrade, J. D.: Flat Plate Streaming Potential Investigations: Hydrodynamics and Electrokinetic Equivalency, J. of Colloid and Interface Science 76 (1980) 2,305-314 beschrieben noch wie vor als unumgänglich.The Anschraubvorgang the two halves of the cell and their screwing with thin electrode chambers material fatigue phenomena, which contribute to the rapid destruction of the apparatus. This makes it difficult or even impossible to routinely use the measuring device. In addition, due to the required connection points between measuring gap and the electrode chambers turbulence in the fluid flow is not excluded, whereby the requirement for laminarity of the liquid flow and development of an equilibrium parabolic flow profile is disturbed. Since the electrolyte flows through the type described in dor DD PS 213513 arrangement without the use of sealants despite fixed screwing the two inch halves on the sample back, especially when using polymer-coated metal substrates by the occurrence of "electrical breakdown" no reproducible measurements were achieved Use of beeswax therefore proves to seal the gap between the frog back and the line wall as in Van Wagenen, RA; Andrade, JD: Flat Plate Streaming Potential Investigations: Hydrodynamics and Electrokinetic Equivalency, J. of Colloid and Interface Science 76 (1980) 2,305-314 described as before as unavoidable.
Zur Liquidierung oder Minimierung derartiger Fehlerquellen und zur Absicherung der Meßwerte ist es deshalb notwendig, eine im Gebrauch sichere, dicht nach außen abgeschlossene sowie leicht handhabbare Meßzellenkonfiguration zu erstellen.To liquidate or minimize such sources of error and to secure the measured values, it is therefore necessary to create a secure in use, sealed to the outside and easy to handle measuring cell configuration.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Meßzolienkonfiguration mit deren Hilfe die reproduzierbare Bestimmun g von Zetapotentialen an plattenförmigen Substrat/Elektrolyt-Systemen möglich ist, die im Gebrauch sicher, nach außen abgeschlossen und leicht handhabbar ist und die Nachteile bekannter Meßzellen, wie die dort auftretenden Schnittstellen zwischen Probenkammer und Elektrodenteilen ausschließt.The aim of the invention is to provide a Meßzolienkonfiguration with the help of the reproducible determin conditions of Zetapotentialen plate-shaped substrate / electrolyte systems is possible, which is safe in use, closed to the outside and easy to handle and the disadvantages of known measuring cells, such as the interfaces occurring there excludes between sample chamber and electrode parts.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Meßzellenkonfiguration zu entwickeln, durch die eine reproduzierbare Ermittlung des Strömungs- und Zetapotentials an plattenförmigen Substraten routinemäßig realisiert worden kann. Dazu ist es notwendig, den Aufbau der Zelle so zu gestalten, daß die Apparatur durch Vermeidung von lösbaren Verbindungen zwischen Meßspalt und Elektrodenkammern gegen unerwünschten Flüssigkeitsaustritt abgesichert wird.The invention is based on the technical object of developing a measuring cell configuration by means of which a reproducible determination of the flow and zeta potential on plate-shaped substrates can be routinely realized. For this purpose, it is necessary to design the structure of the cell so that the apparatus is secured by avoiding detachable connections between measuring gap and electrode chambers against unwanted liquid leakage.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die aus chemisch inertem Material bestehende Meßzelle aus einer Röhre besteht, die über zwei gegenüberliegende Öffnungen, mit zwei Elektrodenkammern unlösbar sowie nach außen hermetisch abgeschlossen, verbunden ist (Fig. 1). Zwei in der Röhre gleitbar gelagerte Kolben, in deren parallel zueinander stehenden Frontflächen sich jeweils ein Kanal definierter Tiefe und Breite zur Einbettung und Befestigung der plattenförmigen Proben (Probenkanal) befindet (Fig. 2), schließen die Öffnungen seitlich in der Weise im rechten Winkel ein, daß ein Spalt entsteht, dessen Geometrie einen hergestellten, stationären und laminaren Flüssigkeitsstrom (Poiseuille'sche Bedingung) zuläßt.According to the invention, the object is achieved in that the existing of chemically inert material measuring cell consists of a tube which is connected via two opposite openings, with two electrode chambers insoluble and hermetically sealed to the outside (Fig. 1). Two pistons slidably mounted in the tube, in whose mutually parallel front surfaces each have a channel of defined depth and width for embedding and fixing the plate-shaped samples (sample channel) is located (Fig. 2), include the openings laterally in the manner at right angles in that a gap arises whose geometry allows a manufactured, stationary and laminar liquid flow (Poiseuille condition).
Nach van Wagenen, R. A.; Andrade, J. D.: Flat Plate Streaming Potential Investigations: Hydrodynamics and Elektrokinetic Equivalency, J. of Colloid and Interface Science /6 (1980) 2,305-314 ist für eine laminare Strömung zwischen zwei Platten, die die Entfernung 2 b (Spaltbreite) voneinander besitzen, die Mindestlänge U zur Ausbildung eines gleichgewichts-parabolischen Strömungsprofils durch den AusdruckAfter van Wagenen, R. A .; Andrade, JD: Flat Plate Streaming Potential Investigations: Hydrodynamics and Electrokinetic Equivalency, J. of Colloid and Interface Science / 6 (1980) 2,305-314 is for a laminar flow between two plates having a distance of 2 b (gap width) from each other, the minimum length U to form an equilibrium parabolic flow profile through the expression
L, = 0,026 b ReL, = 0.026 b Re
mit Re als Reynold'scher Zahl gegeben.with Re given as Reynolds number.
sowie zum Anschluß eines Flüssigkeitsdruckmessers. In den beiden Elektrodenkammern erfolgt durch das Elektrodenpaar dieand for connecting a fluid pressure gauge. In the two electrode chambers takes place through the pair of electrodes
durchströmt. Eine synchrone Messung des hydrostatischen Druckabfalls in der Meßzelle sowie des Strömungspotentialsgewährleistet die Nutzung eines Differential-Druck-Übertragers.flows through. A synchronous measurement of the hydrostatic pressure drop in the measuring cell as well as the flow potential ensures the use of a differential pressure transmitter.
In der zeichnerischen Darstellung sind die Teile einer erfindungsgemäßen Strömungspotentialmeßzelle veranschaulicht. Es zeigen:In the drawing, the parts of a Strömungspotentialmeßzelle invention are illustrated. Show it:
Die Substrate (9) wurden mit Bienenwachs in den Probenkanälen (8) befestigt, in der Weise, daß mit den jeweiligen Kolbenfrontseiten eine ebene Fläche gebildet wird. Vor der Einführung der Kolben (4) in die Röhre (1) werden auf eine der beiden Kolbenfrontseiten (5) Abstandsplättchen (10) mit definierter Dicke aufgebracht, wobei die Substratoberfläche ausgespart ist undThe substrates (9) were fixed with beeswax in the sample channels (8), in such a way that with the respective piston front sides a flat surface is formed. Prior to the introduction of the piston (4) in the tube (1) are applied to one of the two piston front sides (5) spacer plates (10) with a defined thickness, wherein the substrate surface is recessed and
somit die Meßspaltöffnung (11) realisiert Ist. Die Meßzelle wird anschließend über die Bohrungen (6) fest verschraubt. Bei der Instillation der Moßelektroden in die Elektrodenkammern (3) ist darauf zu achten, daß sich die entsprechenden Schliffdiaphragmon über bzw. unter den Meßspaltöffnungen (11) befinden. Anschließend erfolgt der Anschluß der Elektroden an das Spannungsmeßgerät.thus the measuring gap opening (11) is realized. The measuring cell is then firmly screwed over the holes (6). When instilling the measuring electrodes into the electrode chambers (3), make sure that the corresponding ground diaphragms are above or below the measuring gap openings (11). Subsequently, the connection of the electrodes to the voltage measuring device.
Durch Öffnen eines Ventils wird die im Vorratsbehälter befindliche flüssige Phase durch den Strömungskanal (2) und die Meßspaltöffnung (11) geleitet. Hierbei sollte ein Höhenunterschied zwischen Vorratsbehälter und Meßzelle von ca. 0,8-1 m eingehalten werden, wobei sich der Vorratsbehälter über der Meßzelle befindet. Nach Einstellung des Druckgleichgewichtes wird mit dem Meßvorgang begonnen.By opening a valve, the liquid phase in the reservoir is passed through the flow channel (2) and the Meßspaltöffnung (11). In this case, a height difference between the reservoir and the measuring cell should be maintained by about 0.8-1 m, with the reservoir is above the measuring cell. After adjusting the pressure balance, the measuring process is started.
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