Zum Stofftransportprozess über eine Flüssig-Flüssig-Phasengrenze

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird der Stofftransport des fluoreszierenden Farbstoffs Rhodamin 6G durch eine Flüssig-Flüssig-Phasengrenze in drei verschiedenen Lösungsmittelsystemen (Wasser-Isobutanol, Wasser-1-Heptanol und Wasser-1-Decanol) untersucht. Als Messmethode wird die Laserinduzierte Fluoreszenz eingesetzt. Es werden die Probleme der Messmethode aufgezeigt, und es wird nachgewiesen, dass mit diesen Problemen umgegangen werden kann, sodass diese nicht den gemessenen Profilverlauf verfälschen. Als Ergebnis liegen zeitlich aufgelöste, zweidimensionale Konzentrationsprofile vor. Die Profile sind durch einen Gradienten im Phasengrenzbereich, der in Abhängigkeit vom Stoffsystem und Gleichgewichtszustand sich über 0,5 bis 2 mm erstreckt, geprägt. Die sich einstellenden Extremkonzentrationen liegen oberhalb der Systemgleichgewichtswerte. Erklärt wird dieses Verhalten anhand des Phasendiagramms und mit dem Chemischen Potential als treibende Kraft. Auf Basis dessen wird ein Modellansatz entwickelt und geprüft. Die Prüfung ergab, dass dieser Ansatz unter Einhaltung der Randbedingungen das Verhalten im Phasengrenzbereich nicht beschreiben kann.

In the work presented the mass transport of the fluorescent dye rhodamine 6G at a liquid-liquid-interface is investigated in three different solvent systems (water-isobutanol, water-1-heptanol and water-1-decanol). Laser induced fluorescence is used as a measuring method. Challenges associated with this method are presented and discussed. It was possible to prove that the experimental results show no distortion of the measured concentration profile, which supports the suitability of the measuring method developed. The results are available as time-resolved, two-dimensional concentration profiles. The profiles are characterized by a gradient in the interfacial region, which extends over 0.5 to 2 mm depending on the solvent system and the equilibrium state. The observed extreme concentrations are above the system equilibrium values. This behaviour is explained on the basis of phase diagrams and the chemical potential being the driving force. Based on the approach described a model was developed and tested. Validation of the model revealed that by adhering to the boundary condition processes at the phase boundary cannot be described.