АЭРОЗОЛИ
АЭРОЗОЛИ – (от греч. aеr – воздух и лат. solluti – раствор) свободные дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей их твердых или жидких частиц.
1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы: туманы (Ж/Г) – дисперсная система, состоит из капелек жидкости дымы (Т/Г) – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения; пыли (Т/Г) – твердые частицы, образованные путем деспиригирования; смог (Ж+Т/Г) – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма)
2. По дисперсности: ультрадисперсные 0, 001 – 0, 01 мкм высокодисперсные 0, 01 – 0, 1 мкм среднедисперсные 0, 1 – 10 мкм грубодисперсные 10 – 100 мкм
Характерные размеры аэрозольных частиц
3. По методам получения:
Свойства аэрозолей определяются: • природой веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды • частичной и массовой концентрацией аэрозоля • размером частиц и распределением частиц по размерам • формой неагрегированных частиц • структурой аэрозоля • зарядом частиц.
1. Броуновское движение Это непрерывное хаотичное равновероятностное для всех направлений движение частиц, распространяющихся за счет воздействия дисперсионной среды. R – универсальная газовая постоянная T – абсолютная температура NА число Авогадро d – размер частицы – вязкость среды t – время
2. Диффузия Это самопроизвольные процесс распространения дисперсионной фазы из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрации. R – универсальная газовая постоянная T – абсолютная температура NА - число Авогадро d – размер частицы - плотность среды
3. Электрические свойства аэрозолей Согласно Смолуховскому, заряд зависит от числа положительных и отрицательных ионов, т. е. определяется концентрация ионов в жидкости, тогда: 2 – средний квадрат заряда капельки, выраженный через число элементарных зарядов N – концентрация ионов одного знака в жидкости V – объем капельки
Предел Рэлея: Сильно заряженная капля будет испаряться до тех пор, пока внешняя сила электрического поля на поверхности капли не превысит внутреннюю силу ее поверхностного натяжения. В этот момент капля разорвется, а ее заряд распределится по поверхности нескольких более мелких капелек. Рэлей получил выражение для количества электронов на капле, необходимого для ее разрыва: σ – коэффициент поверхностного натяжения d – диаметр капли
4. Устойчивость. Молекулярно-кинетическая устойчивость – это устойчивость дисперсной системы по отношению к действию силы тяжести. Она препятствует седиментации и определяется наличием броуновского движения, зависит от степени дисперсности частиц, вязкости среды, температуры. Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять свою степень дисперсности.
К нарушению устойчивости приводят: Ø седиментация частиц (из-за малой вязкости среды протекает быстрее, чем в гидрозолях) Ø коагуляция частиц (возрастает с увеличение концентрации аэрозоля и повышенной влажностью среды) Øвлияние температуры
а) Испарение Продолжительность существования аэрозолей ограничивается скоростью испарения отдельных частиц; для данного вещества при постоянной температуре испарение будет происходить с максимальной скоростью в случае, когда окружающий воздух не содержит паров вещества;
б) Коагуляция Эффект слипания, агрегирования частиц в процессе их взаимного движения и парных столкновений, аэрозоль становится постепенно все более грубым и выпадает в виде хлопьев. решение уравнения Смолуховского имеет вид: n – число частиц в момент времени t n 0 – в момент образования дыма К – постоянная «поглощающая сфера» .
5. Оптические свойства Определяются рассеянием светового потока при прохождении через аэрозоль. Интенсивность излучения I, становится пропорциональной счетной концентрации частиц n и радиусу частиц r в некоторой степени p, т. е. :
6. Специфические свойства Термофорезом называют движение частиц аэрозоля в направлении области более низких температур Фотофорезом называют перемещение частиц аэрозоля при одностороннем освещении.
Методы получения аэрозолей • Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешенное состояние при действии воздушных потоков. Распыление твердых тел происходит в две стадии: q измельчение q распыление
Самобалансирующийся волчок Уолтона и Пруэтта. 1 – зазор между вращающимся ротором и корпусом волчка; 2 – центр ротора; 3 – узкая трубка; Аэрозольный баллон с низкокипящим пропеллентом 1 – распыляемая смесь; 2 – пары пропеллента; 3 – корпус; 4 – клапан; 5 – сопло
• Конденсационные Связан с образованием в гомогенной системе новой фазы. Обязательным условием ее образования является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы. Объемная конденсация пересыщенного происходить в трех случаях: пара может * при адиабатическом расширении (образование облака); * при смешении паров и газов, имеющих разные температуры (образование атмосферных туманов); * при охлаждении газовой смеси.
Методы разрушения аэрозолей ü рассеивание под действием воздушных течений или вследствие одноименных зарядов частиц; ü испарение частиц дисперсной фазы (в случае аэрозолей летучих веществ). ü седиментация; ü диффузия к стенкам сосуда; ü коагуляция;
Области применения аэродисперсных систем
Аэрозоли в медицине Лекарственные аэрозоли используются для ингаляционной терапии или аэрозольтерапии. В ингаляционной терапии преимущественно используют лекарственные аэрозоли с размером частиц менее 100 мкм. Это в значительной степени обусловлено особенностями аэродинамики аэрозолей различных размеров в дыхательных путях.
Аэродинамика аэрозолей Частицы лекарственного вещества величиной до 0, 3 мкм свободно циркулируют в дыхательных путях и не оседают на слизистых оболочках, поэтому их использование с лечебными целями не имеет смысла. При увеличении размеров частиц снижается глубина проникновения аэрозолей в респираторный тракт.
Высокодисперсные частицы величиной 2 -4 мкм оседают преимущественно на стенках альвеол и бронхиол, а среднедисперсные (5 -20 мкм) на слизистых крупных бронхов и в трахее. Низкодисперсные частицы проникают в глотку, а мелкокапельные полностью оседают в носовой и ротовой полостях.
Спа сибо за вни ман ие