专利名称：基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及胶体化学、界面化学、化学化工、环境保护和材料科学技术领域，具体涉及一种基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统。
背景技术：
物质的表面电位、表面电荷总量、表面电荷密度、表面电场强度和比表面积等表面性质不仅在胶体与界面科学、材料科学、生命科学、土壤科学、生态与环境科学等领域的科学研究中有广泛应用，而且在造纸、水泥、陶瓷、化学机械研磨、煤浆、涂料、化妆品、食品工业、混合分散体系等化学工程领域也有着广泛的应用，因此，对上述物质表面性质参数的测定显得尤为重要。现有技术中，对于物质表面电荷总量的测定，普遍采用指示离子吸附法和电位滴定法，采用离子吸附法，必须首先获知在H+或0H_的吸附总量中，有多少是参与静电吸附的， 但由于H+和OH—还参与化学键的吸附，无法预知参与静电吸附的吸附量，因此该方法不能测定一个含有可变电荷的体系在任意PH值、任意电解质浓度和任意温度下的表面电荷总量； 而电位滴定法不仅不适合于含有永久电荷体系的电荷总量的测定，而且即使是可变电荷体系，其可靠性也一直是个疑问，因此目前还没有适用于不同条件和不同体系中物质表面电荷总量的通用测定方法。现有技术中，对物质表面电荷密度进行测定的方法之一是基于如下公式
Tσ0 =—,
S式中，ο C1是表面电荷密度，Tc是表面电荷总量，S是比表面积。由于该方法中需要表面电荷总量这一参数，所以表面电荷总量测定中的问题在表面电荷密度测定中一定存在。不仅如此，基于上式的表面电荷密度测定中，我们还需要一个比表面积的测定数据。然而，不同的比表面积测定方法，其测定结果存在很大的差异。所以， 一个依赖于比表面积这一参数的表面电荷密度测定方法，其结果的可靠性难以把握。现有技术中表面电荷密度测定的方法之二是，在得到物质的表面电位值后，利用 Gouy-Chapman的相关公式可间接地获得表面电荷密度值。但因目前还没有一个广泛适用的表面电位的准确测定方法。所以，目前表面电荷密度测定的这一方法的应用仍然存在困难。现有技术中电场强度基于下式进行测定
「 4;rE0 =——σ0
ε ，式中是表面电场强度，ε是介质介电常数，水的ε = 8. 9X 10_1(lC7jdm。由于对表面电荷密度的依赖，表面电场强度测定中存在与表面电荷密度测定相同的问题。现有技术中，对于物质比表面积的测定，已有多种测定方法，如通常采用的惰性气体吸附法、离子负吸附法、乙二醇乙醚吸附法或甘油吸附法等等。但同一种物质采用这些不同的测定方法，其结果往往相差十分悬殊。
本发明中的物质表面电位定义为双电层中扩散层起始面或OHP (外Helmholtz面) 上的电位。现有技术中的物质表面电位的测定方法，包括电荷密度法、负吸附法、正吸附法、 二级共振发生法、PH指示分子法、荧光发生法、原子力显微法和kta电位法等。所有这些方法都有自己的局限性。电荷密度法、负吸附方法、正吸附法和二级共振发生法都只适合于中性条件下、单一电解质体系的恒电荷样品的表面电位值测定。PH指示分子法、荧光测定法和原子力显微法将对物质表面本身的状态产生破坏，所以其测定结果的可靠性往往难以把握。^ta电位法测定的并不是表面电位，它是电泳过程中剪切面(或滑动面)上的电位，而剪切面通常远离这里所定义的表面。kta电位可以在不同的pH、电解质和温度条件下进行测定，所以，正因为目前没有在各种条件下广泛适用的、准确的表面电位测定方法， 人们只能把kta电位作为表面电位的代用品。但近年来的大量研究已经表明，用kta电位法测定表面电位，通常只具有定性的意义。除此之外，Zeta电位法对测定对象的条件要求非常苛刻，即它要求胶体悬液的颗粒密度不能太高，而颗粒的粒径也不能太大。即使是美国Colloidal Dynamics公司新推出的ktaprobe型kta电位仪的最高颗粒密度也仅仅为 60% (体积密度)。所以根本无法实现密度更高的体系，或固体颗粒物质的“原态”测定。目前，李航等人提出了一种新的方法，即通过离子交换平衡实验并采用电极法来实现表面电位、比表面积、表面电荷密度、表面电荷总量和表面电场强度五个参数的联合测定。毫无疑问，该方法的建立标志着物质表面性参数测定领域的突破性进展。但是该方法也有四方面弱点(1)由于该方法基于离子交换平衡实验，而实际体系的离子交换平衡往往需要很长的时间，所以该法存在表面性质测定需时过长的问题。(2)不同材料因表面电荷数量和电荷密度的不同，离子交换平衡所需时间存在很大差异，所以在实际应用中，该法可能存在平衡状态难以把握的问题。( 在该方法中，需要用标样对βΑ，三个参数进行标定，其中βΑ和β B两个参数是易于进行准确标定的，但m值的准确标定在目前还有困难。(4)该方法必须首先把供试样品制成H+饱和样而必须用强酸处理样品，因而这种处理可能带来物质表面性质发生一定变化；同时，由于H+离子与表面的静电结合力也远大于 Ca2+、Na+等离子，所以这带来交换平衡难以达到的困难。因此急需一种能够克服平衡时间长、平衡不易确定和m值的准确标定不易实现的物质表面性质参数测定分析系统。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种能够克服平衡时间长、平衡不易确定和m值的准确标定不易实现的物质表面性质参数测定分析系统，通过离子交换的动力学测定，利用短时间内获得的动力学数据进行准确预测平衡状态，从而克服平衡时间长和平衡不易确定的困难，直接测定表面电荷总量，所以比表面积的测定原理中将不再需要m这一参数，从而克服m标定中出现的困难。除此之外，不需要把样品制成H+饱和，从而克服H+ 饱和所带来的相关问题。本发明的目的是这样实现的本发明提供的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，包括样品处理系统和检测系统；所述样品处理系统包括反应器、待测液收集器和待测液盛液器，所述反应器用以容纳待测物及反应液体；所述反应器与待测液收集器通过管道连接，所述待测液收集器和待测液盛液器通过管道连接，所述反应器中的反应液体流入待测液收集器中，所述待测液收集器中的液体流入待测液盛液器中；所述检测系统包括检测电极、浓度与活度运算器、动力学数据处理器、表面性质运算模块和结果输出模块；所述检测电极，用于检测样品容纳装置中溶液的离子活度；所述浓度与活度运算器，用于根据检测电极获得的离子活度来计算溶液的浓度；所述动力学数据处理器，用于处理和存储检测获得的数据并建立线性回归方程，从而获得该直线的截距和斜率；所述表面性质运算模块，用于根据所检测的数据来计算物质表面性质参数；所述结果输出模块，用于输出物质表面性质参数，所述检测电极、浓度与活度运算器、动力学数据处理器、表面性质运算模块和结果输出模块依次连接。进一步，所述表面性质运算模块包括表面电荷总量运算器、表面电位运算器、表面电荷密度运算器、表面电场强度运算器和比表面积运算器，所述动力学数据处理器与表面电荷总量运算器、表面电位运算器连接，所述表面电位运算器与表面电荷密度运算器连接， 所述表面电荷密度运算器与表面电场强度运算器连接，所述表面电荷密度运算器、表面电荷总量运算器与比表面积运算器连接，所述结果输出模块分别与表面电荷总量运算器、表面电位运算器、表面电荷密度运算器、表面电场强度运算器、比表面积运算器连接；进一步，所述动力学数据处理器通过以下步骤来建立线性回归方程，从而获得该直线的截距和斜率Sl 纵坐标为 y =[队(、+1)-队(、)]/(、+1_、)，横坐标为 χ = Nb (、) +0. 5 [Nb (ti+1) -Nb (、)]；S2 按横纵坐标在直角坐标系中位置作出直线图像；S3 得出该直线的截距P，斜率q ；其中，NJti)表示Bm+离子的累积吸附量，Nb (、)是反应经历t =、分钟后样品对 Bm+离子的累积吸附量，t0是设定时间间隔，、是反应时间；进一步，还包括毫伏计、恒流泵，所述毫伏计的输入端与所述检测电极连接，输出端与浓度与活度运算器连接，所述恒流泵设置于反应器和待测液收集器之间，用于控制从反应器流向待测液收集器中的液体的流动速度；还包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、阀门自动控制器和负压抽吸泵，所述第一控制阀设置于待测液收集器和待测液盛液器之间，所述待测液盛液器设置有第二控制阀，所述第二控制与阀负压抽气泵连接，所述待测液盛液器还设置有第三控制阀，所述第三控制阀与负压抽气泵连接，所述第三控制阀与负压抽气泵还设置废液排出口，所述废液排出口用于排出待测液盛液器中溶液；所述阀门自动控制器分别与第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀连接；进一步，还包括盛液器、恒温箱和恒温控制器，所述恒温控制器与恒流泵连接，所述盛液器与反应器连接，所述样品处理系统置于恒温箱内部；进一步，所述表面电荷总量运算器通过以下公式来计算待测物的表面电荷总量SCN = -IfI^
%式中，SCN为表面电荷总量，m是样品质量，直线截距p，直线斜率q ；进一步，所述表面电位运算器通过以下公式来计算待测物表面上的电位
权利要求
1.基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于包括样品处理系统和检测系统；所述样品处理系统包括反应器、待测液收集器和待测液盛液器，所述反应器用以容纳待测物及反应液体；所述反应器与待测液收集器通过管道连接，所述待测液收集器和待测液盛液器通过管道连接，所述反应器中的反应液体流入待测液收集器中，所述待测液收集器中的液体流入待测液盛液器中；所述检测系统包括检测电极、浓度与活度运算器、动力学数据处理器、表面性质运算模块和结果输出模块；所述检测电极，用于检测样品容纳装置中溶液的离子活度；所述浓度与活度运算器，用于根据检测电极获得的离子活度来计算溶液的浓度；所述动力学数据处理器，用于处理和存储检测获得的数据并建立线性回归方程，从而获得该直线的截距和斜率；所述表面性质运算模块，用于根据所检测的数据来计算物质表面性质参数；所述结果输出模块，用于输出物质表面性质参数，所述检测电极、浓度与活度运算器、动力学数据处理器、表面性质运算模块和结果输出模块依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于所述表面性质运算模块包括表面电荷总量运算器、表面电位运算器、表面电荷密度运算器、表面电场强度运算器和比表面积运算器，所述动力学数据处理器与表面电荷总量运算器、表面电位运算器连接，所述表面电位运算器与表面电荷密度运算器连接，所述表面电荷密度运算器与表面电场强度运算器连接，所述表面电荷密度运算器、表面电荷总量运算器与比表面积运算器连接，所述结果输出模块分别与表面电荷总量运算器、表面电位运算器、表面电荷密度运算器、表面电场强度运算器、比表面积运算器连接。
3.根据权利要求1所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于所述动力学数据处理器通过以下步骤来建立线性回归方程，从而获得该直线的截距和斜率51纵坐标为 y = [Nb (U1)-Nb (、)]/(、+「、)，横坐标为 χ = Nb (、) +0. 5 [Nb (ti+1) -Nb (、)]；52按横纵坐标在直角坐标系中位置作出直线图像；53得出该直线的截距P，斜率q ；其中，NJti)表示Bm+离子的累积吸附量，Nb (t》是反应经历t =、分钟后样品对Bm+离子的累积吸附量，t0是设定时间间隔，、是反应时间。
4.根据权利要求3所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于还包括毫伏计和恒流泵，所述毫伏计的输入端与所述检测电极连接，输出端与浓度与活度运算器连接，所述恒流泵设置于反应器和待测液收集器之间，用于控制从反应器流向待测液收集器中的液体的流动速度；还包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、阀门自动控制器和负压抽吸泵，所述第一控制阀设置于待测液收集器和待测液盛液器之间，所述待测液盛液器设置有第二控制阀，所述第二控制与阀负压抽气泵连接，所述待测液盛液器还设置有第三控制阀，所述第三控制阀与负压抽气泵连接，所述第三控制阀与负压抽气泵还设置废液排出口，所述废液排出口用于排出待测液盛液器中溶液；所述阀门自动控制器分别与第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀连接。
5.根据权利要求4所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于还包括盛液器、恒温箱和恒温控制器，所述恒温控制器与恒流泵连接，所述盛液器与反应器连接，所述样品处理系统置于恒温箱内部。
6.根据权利要求2所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于所述表面电荷总量运算器通过以下公式来计算待测物的表面电荷总量
7.根据权利要求2所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于所述表面电位运算器通过以下公式来计算待测物表面上的电位
8.根据权利要求2所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于所述表面电荷密度运算器通过以下公式来计算待测物表面电荷密度
9.根据权利要求2所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于所述表面电场强度运算器通过以下公式来计算待测物表面电场强度
10.根据权利要求2所述的基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，其特征在于所述比表面积运算器通过以下公式来计算待测物的比表面积
全文摘要
本发明公开了一种基于动力学方法的物质表面性质参数测定分析系统，包括样品处理系统和检测系统，待测物经过电解质溶液处理按设定的间隔时间测量经过反应后的待测液体的活度，并通过检测系统中动力学数据处理器和表面性质运算模块进行处理，从而获得待测液物体的表面性质参数，本发明采用通过离子交换的动力学方法来克服测定过程中反应平衡时间长、平衡不易确定和m值的准确标定不易实现的困难，利用短时间内获得的动力学数据进行准确预测，从而克服平衡时间长和平衡不易确定的困难，物质表面性质的五个参数测定仅仅需要由动力学数据得到的线性回归方程的截距和斜率两个参数就可以计算出来，同时，采用动力学方法后，表面电荷总量可以直接测定。
文档编号G01R29/12GK102435819SQ201110378979
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者侯捷, 刘新敏, 吴劳生, 朱华玲, 李振轮, 李睿, 李航 申请人:西南大学