[發(fā)明專利]熒光探針法測定混凝濾餅層孔隙率的方法

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• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111458272A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳云;覃智煒;顏范勇;王旭佳;張宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 陸藝

本發(fā)明公開了熒光探針法測定混凝濾餅層孔隙率的方法，步驟為：(1)將混凝濾餅層連同超濾膜依次浸入由低到高呈梯度分布的乙醇水溶液中及無水乙醇中進(jìn)行脫水；(2)裁剪成小塊，浸于槲皮素探針溶液或碳量子點(diǎn)探針溶液中進(jìn)行染色，晾干，放置在共聚焦皿中待用；(3)在共聚焦顯微鏡兩種波長的激光器共同開啟的情況下觀察；利用沿共聚焦顯微鏡Z軸自下至上逐層捕捉每層混凝濾餅層的熒光圖像，通過電腦輸出各個混凝濾餅層的熒光圖像，利用圖形處理軟件對各個混凝濾餅層的熒光圖像進(jìn)行處理。本發(fā)明的方法能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法無法直接獲得混凝超濾工藝中混凝濾餅層內(nèi)孔隙率，本發(fā)明的方法測定結(jié)果準(zhǔn)確，具有操作簡單，成本低等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)及混凝技術(shù)領(lǐng)域，具體是利用熒光監(jiān)測技術(shù)測定混凝濾餅層孔隙率的方法。

背景技術(shù)

在膜過濾過程中，影響膜污染的最重要的因素是過濾過程中膜表面堆積的濾餅層，濾餅層是由沉積在膜表面上的顆粒所形成。形成的濾餅層增加了水力阻力，同時降低了滲透通量和過濾效率。膜表面上的顆粒影響濾餅層結(jié)構(gòu)從而影響膜污染濾餅層特性。濾餅層的特性主要包括可壓縮性、濾餅比阻和孔隙率，濾餅的孔隙率取決于絮體的當(dāng)量直徑和比表面積，可最直觀的體現(xiàn)濾餅層結(jié)構(gòu)的疏密程度，從而探究通量下降和膜污染情況。因而利用技術(shù)手段測量濾餅層孔隙率，可以更加深入的探究膜污染的控制方案。所以近年來對于濾餅層形態(tài)的研究得到了廣泛的關(guān)注。

熒光監(jiān)測技術(shù)因具有操作簡便、成本低廉、高靈敏度及強(qiáng)選擇性等優(yōu)點(diǎn)，逐漸得到了應(yīng)用。按照不同的反應(yīng)原理，可以將熒光監(jiān)測技術(shù)分為以下幾類：(1)根據(jù)探針與待測物相互作用后熒光信號的變化特征進(jìn)行分類，可分為強(qiáng)度變化型(猝滅型ON-OFF、增強(qiáng)型OFF-ON)和比率型熒光探針；(2)根據(jù)識別基團(tuán)與待測物之間反應(yīng)的形式不同，可分為配位型(螯合熒光增強(qiáng)Chelation-enhanced fluorescence,CHEF)和反應(yīng)型熒光探針(chemodosimeter)；(3)根據(jù)與金屬離子相互作用的角度分析，熒光監(jiān)測技術(shù)可分為誘導(dǎo)作用型和絡(luò)合型兩大類，前者通過誘導(dǎo)分子的特異性反應(yīng)產(chǎn)生熒光，后者則通過設(shè)計絡(luò)合官能團(tuán)來實(shí)現(xiàn)。熒光監(jiān)測技術(shù)是在不侵入樣品對其產(chǎn)生破壞的前提下，利用離子濃度與熒光強(qiáng)度的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)元素的定量分析，同時還有部分離子不需要特殊的標(biāo)記，在特定的光強(qiáng)條件下也可以產(chǎn)生自激發(fā)熒光，例如鐵、鈾離子等。

目前應(yīng)用于測量濾餅層孔隙率的方法眾多，包括理論計法以及通過各種顯微鏡直觀成像法。理論計算方法是建立在理想的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突A(chǔ)上，因而在實(shí)際應(yīng)用方面就存在許多局限性，而直觀呈像法則受到觀測材質(zhì)與操作方法而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此傳統(tǒng)方法有無法直接測量混凝超濾工藝中濾餅層內(nèi)孔隙率的不足。目前運(yùn)用熒光探針法測定混凝濾餅層孔隙率在實(shí)際運(yùn)用中還存在一些不足。已公開的利用熒光探針法標(biāo)記鋁鹽鐵鹽絮體，測定混凝濾餅層孔隙率的方法幾乎沒有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種測定結(jié)果準(zhǔn)確，操作簡單，成本低的熒光探針法測定混凝濾餅層孔隙率的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

熒光探針法測定混凝濾餅層孔隙率的方法，包括如下步驟：

(1)將過濾完成后得到的混凝濾餅層連同超濾膜依次浸入質(zhì)量濃度由低到高呈梯度分布的乙醇水溶液中及無水乙醇中進(jìn)行梯度脫水；

(2)將步驟(1)獲得的產(chǎn)物，裁剪成小塊，根據(jù)絮凝劑的不同，浸于槲皮素探針溶液或碳量子點(diǎn)探針溶液中進(jìn)行3min染色，取出后晾干表面的液體，放置在共聚焦皿中待用；

(3)將步驟(2)獲得產(chǎn)物在共聚焦顯微鏡405nm及488nm兩種波長的激光器共同開啟的情況下觀察；利用沿共聚焦顯微鏡Z軸自下至上以每層為20μm的厚度逐層捕捉每層混凝濾餅層的熒光圖像，通過連接共聚焦顯微鏡的電腦輸出各個混凝濾餅層的熒光圖像，利用圖形處理軟件對各個混凝濾餅層的熒光圖像進(jìn)行處理，得到混凝濾餅層孔隙率。