Широкополосная акустическая резонансная спектроскопия растворения (также известная как BARDS) - это метод, разработанный в конце 2000-х годов [1] , который используется в аналитической химии . Он включает в себя анализ изменений частоты звука, генерируемого при растворении растворенного вещества в растворителе , с использованием эффекта горячего шоколада, впервые описанного Фрэнком С. Кроуфордом.
Этот метод частично основан на разнице растворимости газа в чистых растворителях и растворах. Растворение соединения в чистом растворителе приводит к образованию пузырьков газа в растворителе из-за снижения растворимости газа в полученном растворе, а также введения газов с растворенным веществом. Наличие этих пузырьков газа увеличивает сжимаемость раствора, тем самым снижая скорость звука в растворе. Этот эффект можно контролировать с помощью изменения частоты акустических резонансов, которые механически возникают в растворителе.
Принципы ответа BARDS
Вода примерно в 800 раз плотнее воздуха. Однако воздух примерно в 15 000 раз сжимаемее воды. Скорость звука υ в однородной жидкости или газе определяется следующим уравнением:
где ρ - массовая плотность, а K - сжимаемость газа или жидкости. K задается как:
где V - объем среды, а dV - уменьшение объема из-за увеличения давления dp звуковой волны. Когда вода наполнена пузырьками воздуха, плотность жидкости по существу равна плотности воды, и воздух будет вносить значительный вклад в сжимаемость. Кроуфорд вывел соотношение между относительным объемом пузырьков и скоростью звука в воде и, следовательно, частотой звука в воде, представленной как. [2]
где υ w и υ - скорости звука в чистой и заполненной пузырьками воде, соответственно, f w и f - частоты звука в чистой и заполненной пузырьками воде, соответственно, V a определяется как относительный объем, занимаемый газом. пузырей, а α - постоянная величина. Когда растворителем является вода, а газ - воздух, значение α составляет 1,49 × 10 4 .
Эффект изменения плотности раствора и сжимаемости раствора является аддитивным и усиливает явление, вызывая значительное уменьшение скорости звука и, следовательно, значительное уменьшение частоты звука, проходящего через аэрированный раствор.
Приложения
BARDS обладает значительным потенциалом как аналитический метод. На данный момент исследованы следующие приложения:
Смотрите также
- Эффект горячего шоколада , физическое явление, на котором основана техника.
- Акустическая резонансная спектроскопия
Рекомендации
- ^ Д. Фитцпатрик, 2009, "Приборы и аналитические методы, подходящие для широкополосной акустической резонансной спектроскопии растворения", Патент США , US8813566B2
- ↑ Фрэнк С. Кроуфорд, май 1982 г., «Эффект горячего шоколада», Американский журнал физики , том 50, выпуск 5, стр. 398–404, DOI: 10.1119 / 1.13080 (только аннотация)
- ^ а б Д. Фитцпатрик и др. , Март 2012 г., «Принципы и приложения широкополосной акустической резонансной спектроскопии растворения (BARDS): надежный подход к анализу соединений», Аналитическая химия , том 84, выпуск 5, стр. 2202–2210, doi: 10.1021 / ac202509s
- ^ Д. Фитцпатрик и др. , 2012, «Анализ однородности смеси фармацевтических продуктов с помощью широкополосной акустической резонансной спектроскопии растворения (BARDS)», Международный журнал фармацевтики , том 438, выпуск 1-2, стр. 134–139, doi: 10.1016 / j.ijpharm.2012.07. 073
- ^ Д. Фитцпатрик и др. , 2013, «Взаимосвязь между растворением, газовым перенасыщением и дегазированием растворов, определенная с помощью широкополосной акустической резонансной спектроскопии растворения (BARDS)», Аналитик , Том 138, выпуск 17, стр. 5005–5010, doi: 10.1039 / C3AN36838F