Original title:
Dielektrická spektroskopie karboxymetylcelulózy v časové oblasti
Translated title:
Time-domain Dielectric Spectroscopy of Carboxymethylcellulose
Authors:
Palai-Dany, Tomáš ; Lelák, Jaroslav (referee) ; Mentlík, Václav (referee) ; Liedermann, Karel (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2009
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[cze][eng]
Práce se zabývá dielektrickou relaxační spektroskopií karboxymetylcelulózy v časové oblasti. V rámci experimentálních prací bylo navrženo a postupně dále vyvíjeno měřicí pracoviště umožňující záznam časového průběhu vybíjecích proudů dielektrik, jeho zpracování a analýzu. Předmětem měření byla karboxymetylcelulóza, což je jednoduchý polysacharid používaný v širokém spektru aplikací, mezi jiným i v biomedicínském inženýrství. Studium vlastností karboxymetylcelulózy si vyžádalo vytvoření vlastního experimentálního zařízení, v němž byly ošetřeny stabilizace vzorku před měřením, jeho nabíjení i vybíjení v definovaných časových intervalech, přepínání mezi jednotlivými režimy, záznam měření, úpravy a zpracování naměřených signálů až po Fourierovu transformaci do frekvenční oblasti. Frekvenční průběh komplexní permitivity či jeho imaginární část, získaný Fourierovou transformací průběhu vybíjecího proudu dielektrika v časové oblasti, se pak označuje jako dielektrické spektrum. Vzhledem k tomu, že měření probíhala na velice nízkých úrovních měřeného signálu (pod 10-12 A), nejednalo se o právě jednoduchou záležitost. V rámci práce tak bylo nutné studovat a řešit otázky zemnění, šumu a citlivosti k různým vnějším vlivům. Hlavním těžištěm práce je matematické zpracování šumu přítomného ve vybíjecím proudu, tedy operace s původními získanými signály v časové oblasti směřující v podstatě k číslicové filtraci zaznamenaných dielektrických dat. Na to navazujícím cílem práce je objasnit dielektrické parametry zkoumaného vzorku karboxymetylcelulózy v co nejširším spektru frekvencí. Nedílnou součást práce tvoří výběr a aplikace metody převodu upraveného signálu do frekvenční oblasti. Měření včetně experimentální části i zpracování měřených dat bylo provedeno na Ústavu fyziky FEKT VUT Brno. Pro účely měření byl používán elektrometr Keithley 617, měřicí most HP 4284A a kryogenický systém Janis CCS-400-204. Výsledky měření byly doplněny měřením provedeným na V. katedře experimentální fyziky Přírodovědecké fakulty University Augsburg.
The dissertation deals with the time-domain dielectric relaxation spectroscopy of carboxymethylcellulose. The main attention was paid to the experimental part of research, mainly to the design and subsequent development of an experimental setup for the measurement of discharge currents and for their processing and analysis. The subject of the measurement is carboxymethylcellulose (CMC), which is a simple polysaccharide used in wide range of applications, among else also in biomedical engineering. The study of CMC properties has required the development of a new experimental set-up of original design, which includes the equilibration (short-circuiting) of a sample before the measurement, charging and discharging at defined time intervals, switching between these two modes, recording of measurement, adjustments and processing of measured signals up to Fourier transformation into the frequency domain and, finally, calculation of complex permittivity of the sample. The frequency dependence of complex permittivity or its imaginary part, obtained by Fourier transformation of discharge current in time domain, is then referred to as the dielectric spectrum. In view of the fact that current measurements were done at very low levels of measured signal (below 10-12 A) the whole measurement was no easy matter. The framework of the work also necessitated studies and subsequent resolution of problems associated with shielding, grounding, presence of noise and sensitivity to various ambient influences. The research work focused on a reliable and trustworthy measurement of very low discharge currents and, subsequently, mathematical processing of noise present in them, i.e., operations with the original, experimentally established signal in time domain, leading in principle to a digital filtration of measured dielectric data. A further pursued objective is the explanation of dielectric parameters of tested carboxymethylcellulose sample in the widest possible frequency spectrum. The integral part of the research was the selection and application of the method for the transformation of the adjusted signal to the frequency domain. The experimental works, including data processing, were carried out in the Department of Physics, Brno FEEC BUT. Measurements were done with Keithley 617 Electrometer, HP4284A Frequency Analyzer and Janis CCS-400-204 cryogenic system. The results were completed with results obtained at the V Department of Experimental Physics, Centre for Electronic Correlations and Magnetism, University of Augsburg, Germany.
Keywords:
carboxymethylcellulose; dielectric constant; Dielectric relaxation spectroscopy; electrometer; loss factor; loss number; low-level measurements.; permittivity; time domain measurements; dielektrická konstanta; Dielektrická relaxační spektroskopie; elektrometr; karboxymetylcelulóza; měření v časové oblasti; nízkoúrovňová měření.; relativní permitivita; ztrátové číslo; ztrátový činitel
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/12852
guest ::
