[發明專利]流動電位系數與zeta電位的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 202110014141.9
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112730570B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 李忠意;程永毅
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 周玉玲

本發明公開了一種流動電位系數與zeta電位的測量裝置及其測量方法，儲液容器通過帶有三通閥的三通管路與加樣容器的器體底部的進液口連接，當存在高差時，儲液容器中的液體能夠依靠重力流入加樣容器中，并且儲液容器與加樣容器均能通過三通閥排液；加樣容器中具有加樣室與測量室。本發明依靠重力來傳送液體，無需額外的泵送裝置，并且液體在重力作用下下降導致加樣容器內液壓差的變化能夠通過第一測量室與第二測量室液壓差測量接口進行測量，那么在測量流動電位時，只需要知道液面下降高度就能知道是測量的何種液壓差下的流動電位，無需在流動電位測量過程中保持恒定壓差。測量過程連續高效，實現流動電位系數與zeta電位的一體化測量。

技術領域

本發明涉及表面電化學測量技術領域。

背景技術

流動電位是指電解質溶液流經帶電表面間形成的毛管孔隙時產生電位差的現象。當電解質溶液在外力(ΔP)作用下通過帶電毛細管或多孔介質時，帶電表面所形成雙電層的擴散層中的離子也會隨之移動，形成流動電流(Is)。同時，由于固相帶電表面和電解質中離子的靜電作用，電解質溶液中與固相帶電符號相反的離子會沿電解質溶液的流動方向產生積累，從而在毛細管或多孔介質兩端產生電位差(ΔE)，ΔE稱為流動電位。在ΔE的作用下，會沿電解質溶液流動的相反方向產生電導電流(Ic)。當體系穩定時，Is和Ic大小相等，方向相反。根據Is和Ic相等的關系，當ΔP改變時，ΔE的大小也會發生改變。對于給定的帶電表面和電解質溶液，ΔE與ΔP呈直線相關，兩者的比值(直線斜率)是一特定值，稱為流動電位系數(C＝ΔE/ΔP)。

根據流動電位系數帶入修正后Helmholtz-Smoluchowschi(H-S)方程可計算得到帶電表面的zeta電位：式中ζ為固相在測量電解質溶液中的zeta電位；ΔE為測量電解質流經固相孔隙后在兩端產生的流動電位；ΔP是測量電解質溶液流經固相孔隙后在固相兩端存在的液壓差；K'_L是待測電解質溶液充滿固相孔隙后固相的總電導率；K_HL為高濃度電解質溶液的電導率；K'_HL為高濃度電解質溶液(常用0.1mol/L KCl溶液)充滿固相孔隙后固相的總電導率。

可以看出，由于流動電位測定中是電解質溶液流動而帶電物體固定不動，因此在實驗測定中的研究對象均是尺寸較大的帶電物體，以便于固定。因此，可以基于流動電位原理測量大尺寸帶電物體的zeta電位。但是，不同研究者的研究對象不同，測量對象的大小和形狀千差萬別，研制的儀器難以互相借鑒應用。

在地球科學研究領域，巖石、礦物、土壤的表面電化學特征深刻地影響著元素的地球化學循環，土壤的肥力特征和污染物的遷移轉化過程。目前雖然有少數的一些用于測量土壤流動電位系數的裝置，但是受限于測量原理，必須在恒定的壓力下來測量流動電位以計算流動電位系數，為了維持恒定的壓力必需采用水泵等特定裝置，不僅裝置結構復雜而且測量過程十分繁瑣，缺乏簡潔和快速地表征巖石、礦物和土壤表面電化學性質的測量手段。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種流動電位系數測量裝置，解決現有技術中依賴恒定壓力來測量流動電位的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案一種流動電位系數測量裝置，包括具有用于觀察液面高度變化的透視部位的儲液容器，并且所述透視部位上設有液面刻線；所述儲液容器通過帶有三通閥的三通管路與加樣容器的器體底部的進液口連接，當存在高差時，儲液容器中的液體能夠依靠重力流入加樣容器中，并且儲液容器與加樣容器均能通過三通閥排液；

所述加樣容器還包括頂部設有出液口的帽蓋，所述器體上端與帽蓋可拆卸式密封連接；器體內固定設有位于其橫截面上的第一篩網，帽蓋內固定設有平行于所述第一篩網的第二篩網；器體與帽蓋連接后使得第一篩網與第二篩網之間形成加樣室，第一篩網與器體底部之間形成第一測量室，第二篩網與帽蓋頂部之間形成第二測量室；