izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2025-1-43-49izmertech-2268Research ArticleК 70-ЛЕТИЮ ВНИИФТРИON THE 70TH ANNIVERSARY OF VNIIFTRIМеры счётной концентрации частиц в жидкости для обеспечения метрологической прослеживаемости в области сверхвысоких концентраций.Measures of the number concentration of particles in liquids for the purpose of metrological traceability in the field of ultrahigh concentrationshttps://orcid.org/0000-0002-8653-3267АверкинД. В.AverkinD. V.

Дмитрий Вадимович Аверкин

Dmitry V. Averkin

averkindmitry@gmail.comДобровольскийВ. И.DobrovolskiyV. I.

Владимир Иванович Добровольский

Vladimir I. Dobrovolskiy

vid@vniiftri.ruБалахановД. М.BalakhanovD. M.

Дмитрий Михайлович Балаханов

Dmitry M. Balakhanov

balakhanov@vniiftri.ruАверкинаМ. А.AverkinaM. A.

Мария Алексеевна Аверкина

Maria A. Averkina

averkina@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4228-8607БалахановМ. В.BalakhanovM V.

Михаил Валентинович Балаханов

Mikhail V. Balakhanov

balah@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation2025030420257414349Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2268

Измерения гранулометрического состава аэрозолей, суспензий и порошкообразных материалов в области сверхвысоких концентраций востребованы в химической, газовой, нефтяной отраслях промышленности, где используются концентрированные суспензии твёрдых частиц. Существующие средства измерений счётной концентрации частиц в жидкости характеризуются верхней границей диапазона воспроизведения счётной концентрации частиц 1012 м–3, однако для метрологического обеспечения фотометрических высокоточных средств измерений счётной концентрации частиц в жидкости требуется расширить данный диапазон до 10 8 –1018 м–3 . В рамках разработки мер счётной концентрации частиц в жидкости МСК-В предложена технология получения высококонцентрированных суспензий монодисперсных полистирольных латексных сфер. Высокая концентрация суспензии достигнута в результате увеличения количества стирола в затравочной эмульсии и, следовательно, увеличения количества коагулята в процессе синтеза. Описан алгоритм косвенных измерений счётной концентрации частиц в водных суспензиях монодисперсных полистирольных латексных сфер. При исследованиях применено оборудование из состава Государственного первичного эталона единиц дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов ГЭТ 163-2020. Определены счётные концентрации частиц и метрологические характеристики созданных мер. Рассчитаны доверительные границы погрешности косвенного измерения счётной концентрации частиц в воде и установлено, что границы относительной погрешности составляют ±4 %. Разработанные меры счётной концентрации частиц в жидкости МСК-В частично закроют потребность внутреннего рынка в мерах и стандартных образцах для определения размера и счётной концентрации частиц при обеспечении единства измерений гранулометрического состава аэрозолей, суспензий и порошкообразных материалов.

Measurements of the granulometric composition of aerosols, suspensions and powdery materials in the field of ultrahigh concentrations are in demand in the chemical, gas, and oil industries, where concentrated suspensions of solid particles are used. The existing measuring instruments for particle number concentration in liquids are characterized by an upper limit of the reproduction range of particle number concentration of 1012 m−3. However, for metrological support of photometric high-precision measuring instruments for the number concentration of particles in a liquid, it is necessary to expand this range to 108‒1018 m−3. As part of the development of measures for calculating the concentration of particles in the liquid MSK-V, a technology for producing highly concentrated suspensions of monodisperse polystyrene latex spheres has been proposed. The high concentration of the suspension was achieved as a result of an increase in the amount of styrene in the seeded emulsion and, consequently, an increase in the amount of coagulate during synthesis. An algorithm for indirect measurements of the particle number concentration in aqueous suspensions of monodisperse polystyrene latex spheres is described. During the research, equipment from the State primary standard of units of dispersed parameters of aerosols, suspensions and powdery materials GET 163-2020 was used. The particle number concentrations and metrological characteristics of the created measures are determined. The levels of confidence of the error of indirect measurement of the number concentration of particles in water are calculated. It is established that the limits of the relative error of indirect measurements of the number concentration of particles in water are ±4 %. The developed measures of number concentrations of particles in a liquid (MSK-V) will partially cover the need of the domestic market for measures and standard samples for determining the size and number concentration of particles while ensuring the uniformity of measurements of the granulometric composition of aerosols, suspensions, and powdery materials.

частицаполистирольные латексымикроэмульсиясуспензиягосударственный первичный эталондисперсные параметрыаэрозольвзвесьпорошкообразные материалымераэмульсионная полимеризацияколлоидная частицаparticlepolystyrene latexesmicroemulsionsuspensionnational primary standardemulsion polymerizationcolloidal particleРабота выполнена в рамках договора от 19.06.2023 № 1687/23, являющегося составной частью государственного контракта от 17.05.2023 № 120-38/2023 на выполнение опытно-конструкторской работы по теме «Разработка и выпуск новых комплексов стандартных образцов и мер для обеспечения единства измерений по приоритетным направлениям в целях технологического суверенитета Российской Федерации» (шифр ОКР «Суверенитет»).ReferencesБалаханов М. В., Добровольский В. И., Балаханов Д. М., Беленький Д. И., Магомедов Т. М. Состояние метро логического обеспечения измерений дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов. Материалы III Международной научно-технической конференции «Метрология физико-химических измерений», 09–11 октября 2018 г., Менделеево, ФГУП «ВНИИФТРИ», с. 108–112 (2019). https://www.elibrary.ru/hgtfccBalakhanov M. V., Dobrovolsky V. I., Balakhanov D. M., Belenky D. I., Magomedov T. M. The state of metrological support for measurements of dispersed parameters of aerosols, suspensions and powdery materials. Materials of the III International Scientific and Technical Conference “Metrology of physico-chemical measurements”, October 09–11, 2018, Mendeleevo, VNIIFTRI, pp. 108–112 (2019). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/hgtfccСадагов А. Ю. Диагностика коллоидных систем на основе совместного использования спектров абсорбции, флуоресценции, статического и динамического рассеяния света: автореф. дис. канд. техн. наук. ВНИИОФИ, Москва (2018). https://www.vniiofi.ru/images/DISS_SOVET/avtoreferat/Dissertatciia_Sadagov.pdfSedakov A. Y. Diagnostics of colloidal systems based on the joint use of absorption, fluorescence, static and dynamic light scattering spectra: Avtoref. candidate’s dissertation Technical Sciences, VNIIOFI, Moskow (2018). (In Russ.) https://www.vniiofi.ru/images/DISS_SOVET/avtoreferat/Dissertatciia_Sadagov.pdfГрицкова И. А., Жаченков С. В., Прокопов Н. И., Ильменев П. Е. Эмульсионная полимеризация гидрофобных мономеров в высокодисперсных эмульсиях. Высокомолекулярные соединения. Серия А, 33(7), 1476–1483 (1991). https://www.elibrary.ru/xpoauoGritskova I. A., Zhachenkov S. V., Prokopov N. I., Ilmenev P. E. Emulsion polymerization of hydrophobic monomers in high-dispersed emulsions. Vysokomolekulyarnye soedineniya. Seriya A, 33(7), 1476–1483 (1991). (In Russ.). https://www.elibrary.ru/xpoauoПрокопов Н. И., Грицкова И. А. Особенности гетерофазной полимеризации стирола при образовании поверхностно-активных веществ на границе раздела фаз. Успехи химии, (9), 890–900 (2001). https://doi.org/10.1070/rc2001v070n09abeh000669Prokopov N. I., Gritskova I. A. Characteristic features of heterophase polymerisation of styrene with simultaneous formation of surfactants at the interface. Russian Chemical Reviews, 9, 890–900 (2001). https://doi.org/10.1070/rc2001v070n09abeh000669Аверкин Д. В., Кузнецов И. А., Балаханов Д. М. Разработка мер размеров частиц в жидкости с номинальным значением размеров частиц 0,07 мкм и 0,1 мкм. Альманах современной метрологии, (4(36)), 87–95 (2023). https://elibrary.ru/brezmeAverkin D. V., Kuznetsov I. A., Balakhanov D. M. Development of particle size measures in a liquid with a nominal particle size value of 0.07 microns and 0.1 microns. Al'manac of Modern Metrology, (4(36)), 87–95 (2023). https://elibrary.ru/brezmeBrouwer W. M. The preparation of small polystyrene latex particles. Journal of Applied Polymer Science, 38, 1335–1346 (1989). https://doi.org/10.1002/app.1989.070380712Brouwer W. M. The preparation of small polystyrene latex particles. Journal of Applied Polymer Science, 38, 1335–1346 (1989). https://doi.org/10.1002/app.1989.070380712Ugelstad J.; El-Aasser M. S., Vanderhoff J. W. Emulsion polymerization: Initiation of polymerization in monomer droplets. Polymer Letters Edition, 11, 503–513 (1973). https://doi.org/10.1002/pol.1973.130110803Ugelstad J.; El-Aasser M. S., Vanderhoff J. W. Emulsion polymerization: Initiation of polymerization in monomer droplets. Polymer Letters Edition, 11, 503–513 (1973). https://doi.org/10.1002/pol.1973.130110803Paulen R., Benyahia B., Latifi M. A., Fikar M. Dynamic optimization of semi-batch emulsion co-polymerization reactor for styrene/butyl acrylate in the presence of a chain transfer agent. Computer Aided Chemical Engineering, 32, 721–726 (2013). https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63234-0.50121-4Paulen R., Benyahia B., Latifi M. A., Fikar M. Dynamic optimization of semi-batch emulsion co-polymerization reactor for styrene/butyl acrylate in the presence of a chain transfer agent. Computer Aided Chemical Engineering, 32, 721–726 (2013). https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63234-0.50121-4Macbeth A. J., Lin Zh., Goddard J. M. General method for emulsion polymerization to yield functional terpolymers. MethodsX, 7, 101110 (2020). https://doi.org/10.1016/j.mex.2020.101110Macbeth A. J., Lin Zh., Goddard J. M. General method for emulsion polymerization to yield functional terpolymers. MethodsX, 7, 101110 (2020). https://doi.org/10.1016/j.mex.2020.101110Wang T., Shi S., Yang F., Zhou L. M., Kuroda S. Poly(methyl methacrylate)/polystyrene composite latex particles with a novel core/shell morphology. Journal of Materials Science, 45, 3392–3395 (2010). https://doi.org/10.1007/s10853-010-4449-9Wang T., Shi S., Yang F., Zhou L. M., Kuroda S. Poly(methyl methacrylate)/polystyrene composite latex particles with a novel core/shell morphology. Journal of Materials Science, 45, 3392–3395 (2010). https://doi.org/10.1007/s10853-010-4449-9Fan X., Jia X., Zhang H., Zhang B., Li Ch., Zhang Q. Synthesis of Raspberry-Like Poly(styrene–glycidyl methacrylate) Particles via a one-step soap-free emulsion polymerization process accompanied by phase separation. Langmuir, 29, 11730– 11741 (2013). https://doi.org/10.1021/la402759wFan X., Jia X., Zhang H., Zhang B., Li Ch., Zhang Q. Synthesis of Raspberry-Like Poly(styrene–glycidyl methacrylate) Particles via a one-step soap-free emulsion polymerization process accompanied by phase separation. Langmuir, 29, 11730– 11741 (2013). https://doi.org/10.1021/la402759wSudol E. D., El-Aasser M. S., Vanderhoff J. W. Kinetics of successive seeding of monodisperse polystyrene latexes. I. Initiation via potassium persulfate. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry, 24, 3499–3513 (1986). https://doi.org/10.1002/pola.1986.080241230Sudol E. D., El-Aasser M. S., Vanderhoff J. W. Kinetics of successive seeding of monodisperse polystyrene latexes. I. Initiation via potassium persulfate. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry, 24, 3499–3513 (1986). https://doi.org/10.1002/pola.1986.080241230Vanderhoff J. W., Vitkuske J. F., Bradford E. B., Alfrey Jr. T. Some factors involved in the preparation of uniform particle size latexes. Journal of Polymer Science, 20, 225–234 (1956). https://doi.org/10.1002.pol.1956.120209501Vanderhoff J. W., Vitkuske J. F., Bradford E. B., Alfrey Jr. T. Some factors involved in the preparation of uniform particle size latexes. Journal of Polymer Science, 20, 225–234 (1956). https://doi.org/10.1002.pol.1956.120209501Thomson B., Rudin A., Lajoie G. Dispersion copolymerization of styrene and divinylbenzene: Synthesis of monodisperse, uniformly crosslinked particles. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry, 33, 345–357 (1995). https://doi.org/10.1002/pola.1995.080330301Thomson B., Rudin A., Lajoie G. Dispersion copolymerization of styrene and divinylbenzene: Synthesis of monodisperse, uniformly crosslinked particles. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry, 33, 345–357 (1995). https://doi.org/10.1002/pola.1995.080330301Qi H., Hao W., Xu H. et al. Synthesis of large-sized monodisperse polystyrene microspheres by dispersion polymerization with dropwise monomer feeding procedure. Colloid and Polymer Science, 287, 243–248 (2009). https://doi.org/10.1007/s00396-008-1979-7Qi H., Hao W., Xu H. et al. Synthesis of large-sized monodisperse polystyrene microspheres by dispersion polymerization with dropwise monomer feeding procedure. Colloid and Polymer Science, 287, 243–248 (2009). https://doi.org/10.1007/s00396-008-1979-7Аверкин Д. В. Синтез мер размера частиц на основе водных суспензий полистирольных латексных сфер. Измерительная техника, (12), 64–68 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-64-68Averkin D. V. Synthesis of particle size standards based on aqueous suspensions of polystyrene latex spheres. Measurement Technique, 65(12), 936–941 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02173-1Аверкин Д. В. Влияние поверхностно-активных веществ на степень полидисперсности суспензий полистирольных латексных сфер. Измерительная техника, 73(3), 55–60 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-3-55-60Averkin D. V. Effect of surfactants on the degree of polydispersity of suspensions of polystyrene latex spheres. Measurement Technique, 67(3), 240–246 (2024). https://doi.org/10.1007/s11018-024-02339-5Балаханов М. В., Добровольский В. И., Балаханов Д. М., Беленький Д. И. Совершенствование Государственного первичного эталона единиц дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов ГЭТ 163-2010. Измерительная техника, (12), 3–7 (2018). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-12-3-7Balakhanov M. V., Dobrovolsky V. I., Balakhanov D. M., Belenky D. I. Improvements in Get 163-2010, the State Primary Standard of the units of disperse parameters of aerosols, suspensions, and power-like materials. Measurement Technique, 61(12), 1135–1140 (2019). https://doi.org/10.1007/s11018-019-01560-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.