Измерение вязкости методом динамического рассеяния света (DLS)
Из формулы Эйнштейна-Стокса, на которой основан метод динамического рассеяния света (DLS), видно, что возможна и обратная задача- при известном размере диспергированных частиц, на которых рассеивается свет, можно определить динамическую вязкость образца. Таким образом, добавляя в небольшом количестве в исследуемую жидкость эталонные частицы известного размера можно измерять вязкость методом динамического рассеяния света. Исследование реологических свойств образца таким способом получило название Microrheology.
Для водных растворов в качестве таких эталонных частиц можно использовать хорошо себя зарекомендовавшие наночастицы латекса. В качестве примера измерения вязкости методом динамического рассеяния (DLS) света рассмотрим измерения вязкости образца глицерин-вода, он хорошо изучен и обладает большой вязкостью при малых концентрациях воды. В качестве эталонных частиц использовались специально введенные в среду монодисперсные частицы полистирольного латекса (по паспортным данным d = 140 нм). Массовая концентрация частиц при этом не превышала 0,005%. Было приготовлено 10 образцов с концентрацией глицерина от 10% до 100%. Измерения проводились при стандартных условиях (Р = 1 атм, Т = 20 °С). Результаты измерений представлены на графике
Для измерения вязкости органических жидкостей таким методом необходимо подобрать наночастицы, которые будут диспергироваться в органике и будут иметь узкое распределение частиц по размерам (монодисперсные). Для измерения вязкости нефти методом DLS были подобраны наночастицы Aerosil A300. Массовая концентрация частиц в нефти не превышала 0,5%. Было проверено, что частицы не агрегируют в нефти на достаточно больших временах. Исследования проводились на образце нефти со следующими параметрами:
Плотность, г/см3 0,8235
Вязкость при Т=25оС, сПз
(измерено вибровискозиметром) 5,2
Молекулярная масса, г/моль 201
Содержание асфальтенов, % масс. 0,44
Содержание смол силикагелевых, % масс. 2,2
Содержание парафина, % масс. 7,4
Скорость изменения температуры во всех случаях не превышала 1,5 К/час. Было проведено сравнение значений вязкости, определенной методом DLS и измеренной на вибровискозиметре. Результат измерения температурной зависимости вязкости нефти представлен на рисунке
Увеличение вязкости нефти после нагрева и охлаждения, вероятно, связано с испарением легких фракций при высоких температурах. Масса образца после цикла нагрев-охлаждение немного уменьшалась.