[發明專利]一種液?固擴散常數測定裝置及測定方法

有效

• 申請號: 201310032610.5
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103543089B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 萬祥龍
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙)34125
• 代理人: 郭華俊

技術領域

本發明涉及一種應用導電高分子材料和簡單電流或電阻測試方法的特殊多層聚合物結構，特別涉及一種擴散常數的測定的方法和測定裝置。

背景技術

擴散系數（diffusion coefficient）是表示氣體（或液體）擴散程度的物理量。擴散系數是指當濃度為一個單位時，單位時間內通過單位面積的氣體或液體量。物質的分子擴散系數表示它的擴散能力，是物質的物理性質之一。根據菲克定律，擴散系數是沿擴散方向，在單位時間每單位濃度降的條件下，垂直通過單位面積所擴散某物質的質量或摩爾數，擴散系數的大小主要取決于擴散物質和擴散介質的種類及其溫度和壓力等外界條件。擴散系數可分為自擴散系數、互擴散系數及內擴散系數。

液相擴散系數是研究傳質過程、化工設計與開發、萃取過程、分離技術等的重要基礎數據，已廣泛應用于生化及環保等新興行業中，研究和積累各類體系的擴散系數一直被視為是重要的應用基礎研究。然而由于液體分子堆積密度較大，分子間平均距離遠比氣體分子小，又不及固體那樣有規則排列，分子總處在較強相互作用的范圍內，所以液相擴散系數的測量和理論描述遠比氣體及固體困難，試驗數據相當缺乏。現有的測量液相擴散系數的方法很多，常用的例如：膜池法、全息干涉法、動態光散射方法、核磁共振法(NMR)、Taylor擴散法等。

膜池法是一種經典方法，讓不同濃度的溶液通過一個微孔膜進行分子擴散，擴散一段時間后，測定膜兩側的濃度變化，根據菲克第一定律，計算液相擴散系數，該法雖然操作簡單，對設備要求不高，但是該方法測定時間長，而且容易在膜兩側表面上存在一層極薄的滯留層，影響了測量的準確性；全息干涉法是普通干涉法與全息術結合的測量方法，具有測定快速、測定結果準確，但該方法需要專業的檢測設備，對實驗相關儀器設備要求較高；核磁共振(NMR)方法可以在無破壞性、真實地反映液體樣品的自擴散行為的情況下測量溶液分子的自擴散系數，但是該方法也需要專業的檢測設備，對實驗相關儀器設備要求較高，而且相應的檢測設備價格昂貴，不適于常規檢測；Taylor擴散法適用于液-液、液體在多孔性介質中擴散系數的測定，尤其廣泛應用于高溫高壓下的液-液擴散系數的測定，Taylor擴散法測定速度快，操作方便，近來發展較快，但是在測量時需要一根細長的內表面光滑的毛細管，這在實驗中不易做到，而且，Talyor擴散法要求流動相以恒速通過精確的圓細管橫截面，實際中難以做到，容易產生誤差。

液體在固體中擴散有很多應用，比如研究藥物在聚合物中的擴散行為；一些緩釋技術中需要控制液體在固體中的擴散速度等。測量溶液在聚合物中的擴散系數情況還有一種浸入法，即把聚合物固體放在溶液中，不斷的稱重量的變化，直到重量不再變化時，說明溶液已經擴散到聚合物的中心，也即擴散距離為聚合物厚度的一半。這種浸入法適合一些在溶液中不易變軟變形的聚合物，對聚合物的選擇要求較高，同時由于這樣的測定方法不能準確的對溶液擴散完畢后給出明顯的現象或一種提示，造成其測量的時間有極大的不準確性，只能粗略的估計一下擴散系數，同時對一些擴散系數較小的聚合物，稱量的誤差也較大。

楊素華、陳義等人（第二屆全國生命分析化學學術報告與研討會、http://www.meeting.edu.cn/meeting/paper/paper!detail1.action?id=18857）等對液相擴散系數測定的方法做了新的探討，該方法以愛因斯坦擴散公式為基礎，結合溶質質點在毛細管中的穩態遷移公式和溶液中的修正歐姆定律，推導出了新的計算擴散系數的公式，在合適內標物系統下，可畫出物質在出峰時間內電通量與該物質在無窮稀釋條件下的擴散系數的擴散譜圖。首先，對ISCO電泳儀進行了改造，編寫了軟件使其得到不同出峰時間內的電通量；其次，對緩沖液體統及內標物的選取進行了一系列篩選和驗證；最后，得到了酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等物質的擴散系數隨濃度的變化趨勢，該方法用于測定液-液擴散系數，使用改造的ISCO電泳儀，編寫了軟件使其得到不同出峰時間內的電通量，同時還需要篩選一些合適的內標物。其通過測定液體的濃度變化引起的電導性變化，由于外加電場會給帶電離子的正常擴散遷移造成影響，也會產生一些電化學反應，導致測定的電通量存在誤差，從而會影響擴散系數計算的結果。該法的優點是測速快，可以同時測量多種微量物質，適宜測定生物分子的擴散系數。