借助于分析颗粒的多孔介质定量化的方法及其用途技术

技术编号:26045095 阅读:24 留言:0更新日期:2020-10-23 21:24
本发明专利技术涉及一种用于多孔介质的定量化方法并涉及为此特别设计的分析颗粒并涉及其用途,例如以便确定岩石的水渗透性作为用于以下的先决条件:开发用于地下水运动或者多孔材料或岩石层的材料特征的标准,或者用于监测化学、生物和/或生物技术反应器、水箱、蓄水池和水管系统,或者用于医学体内方法中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助于分析颗粒的多孔介质定量化的方法及其用途本专利技术涉及用于将多孔介质以及特别设计的分析颗粒(以下也称为“颗粒”)定量化的方法,及其应用,例如用于确定岩石的水渗透性作为用于以下的先决条件:用于开发地下水运动或者多孔材料或岩石层的材料特征的标准,或者用于监测化学、生物和/或生物技术反应器,或者用于医学体内方法中。从现有技术中已知水文学中的示踪系统。对于根据DIN4049-1和/或DIN4039-3的定义的水文地质学的基础是地下结构的知识。这基于地下地质的地质图、钻探结果和三维模型。用于分析和监测地下水的工具和方法是遥感、地球物理方法、钻探、地下水测量点、抽水试验、实验室试验和水化学分析。碎裂的岩石或多孔材料中的地下水可以以层流方式流动,但也可以以湍流方式流动。由于岩体或多孔材料中的流路及其性质很少完全了解,所以难以估计它们在总地下水流量中占的份额。然而,总的来说,认为湍流对水压渗透性和流速的影响很小。因此,裂隙含水层主要用连续模型以简化的方式和运动仅为层流来描述。在液压方法中,例如在长期抽水试验的情况下,已知的信号(正或负压力改变)作用于称为含水层的几乎未知的系统。在试验期间,每单位时间记录系统的反应(压力下降、压力上升或水位下降、水位上升)。在信号结束后,也可以测量系统返回其平衡状态。在长期抽水或注水试验中,在更长时间内监测传达至含水层的水位或压力的改变。根据STOBER(1993),关于流动行为或含水层模型的陈述只能在长期抽水试验中做出。对于所有其它水力试验,隐式指定评价模型。通过封隔器(井眼)的封隔器试验,即在井眼或井中的水力试验的总称,其在单封隔器试验中,在位于封隔器上方或下方且水力分离的部分中进行,在双封隔器试验中,也在两个封隔器之间延伸的部分中进行。单封隔器试验在部分打开的、置于低于水位的井眼中进行。将较薄的套管穿过封隔器,通过其可以进行对下部井眼部分有效的填充试验、段塞试验(slugtest)或振荡试验,以确定含水层的水力参数。双封隔器试验在无套管的井眼中进行,可以使用以上列出的试验来测试两个封隔器之间的部分。结果的可靠性取决于封隔器的密封性、井壁和周围岩体的性质,或者可能由于岩体中的渗漏和/或侧向渗漏而降低。对于岩石-力学分析,使用经由单个或两个封隔井眼部分的水压试验,其中在不同压力下将水压入以确定固体岩石的kf值,例如在水坝的地下(LexiconderGeowissenschaften,SpektrumVerlag)。在岩土工程中使用渗透率K,以将土壤和岩石对液体和气体(例如地下水、石油或天然气)的渗透性定量化。此处说明的渗透系数kf值也与其紧密相连。渗透系数(或水力传导率)也将土壤或岩石的渗透性定量化,然而,此处还考虑流体的密度和粘度(BernwardWilhelmG.Coldewey:Hydrogeologie:EinführungindieAllgemeineundAngewandteHydrogeologie.6.Auflage.ElsevierSpektrumAkademischerVerlag,Munich2005)。示踪法也用于水文学中,与抽水试验组合或不与其组合。示踪剂是人造或天然的物质(示踪物质),其在引入水文系统后,能够或广泛的各种分析。电解质示踪剂(NaCl、MgCl2):将示踪物质置于上游测量站(测量点)或坑洞(下沉部分)中。电阻测量在井中进行。在这样做时,随时间测量地下水进入的离子浓度的增加。还可以在输入水位站测量稀释度。孢子漂移、微粒:石松孢子可上色有多达五种不同的颜色。因此,可以同时使用上色有不同颜色的孢子的不同坑洞作为输入点。由于其密度为1.1,所以孢子长时间保持漂浮。它们的尺寸为大约33微米[μm]。使用浮游生物网捕获孢子,通常必须每天将其清空。通过计数用显微镜进行评价。尺寸为0.05至90微米[μm]的例如聚苯乙烯珠的微粒是可用的。将它们上色有荧光色并且可以像上色的孢子一样使用。分析的目的:该方法的优点是其不影响水的品质或水的外观,以及由于孢子颜色而能够区分不同的坑洞的可能性。缺点是只能对流路和流速做出定性陈述。孢子或颗粒尺寸将漂移限制在具有最小开口宽度和岩溶空腔的开口接合处。具有较小孔隙尺寸的多孔沉积物、岩石或材料阻碍孢子或聚苯乙烯珠。活化-分析示踪方法:为了供给至坑洞内,将非放射性物质添加至渗透水中,并且仅将所取的水样置于中子轰击下,以活化反应器中的元素。如溴化铵(NH4Br)的溴、镧或铟是可能的示踪物质。在铟的情况下,可以预期在几百克的范围内的示踪剂的量(1974)。该方法的优点是使用无毒的、非放射性物质,仅需要使用相对少的量。结果,在试验过程期间不需要特殊的安全措施。与其它示踪方法一样,使用浓度/时间图进行评价。由此可以在示踪剂输入的位置和示踪剂测量的位置之间确定地下水的空隙速度。用放射性示踪剂的单井眼稀释法:在通过封隔器阻隔的井眼区域中测量先前添加的示踪剂的浓度的降低。稀释率可以从封隔器间隔中浓度随时间的降低得出。稀释率在经验上与当时的过滤速度有关。对应于井眼构造(过滤管种类、窄缝宽度等),必须矫正测量结果。如果将放射性材料用作示踪剂,则水平的地下水流动方向可以通过在示踪剂流入含水层内之后借助角度相关的检测来确定放射性辐射而确定。然而,放射性示踪剂在饮用水供应中是有问题的。用荧光素钠作为示踪剂测量方法的单井眼稀释法:斯图加特大学水利工程学院(MARSCHALL1993)开发了用于原位浓度测量的光导荧光计。由此,也可以使用荧光染料,例如荧光素钠。这些物质的检出限(10-5-10-6mg/l)比用NaCl示踪剂的电导率测量(0.1-1mg/l)低得多。由此可以测量10-7m/s的水平过滤器速度。还描述了使用染料作为示踪剂。将示踪物质置于上流水位站(测量点)或坑洞(下沉部分)中作为用于分析水流和流动方向的染料。多瑙河坑洞(DanubeSinkhole)已经在1877年用荧光素作为示踪分子清除。地下水速度受到相互关联的岩石性质,例如岩体渗透性(在天然岩石结构、岩石裂缝中的水渗透性和有效流动腔体积)的显著影响。然而,在位置选择的开始,这些变量的数据既不能完全地获得,也不能对于考虑的全部位置以足够的证据来收集。缺点是渗透至岩体岩层或多孔材料的水平深度(范围)低。只能估计储存系数。关于含水层模型、含水层裕度和各向异性的陈述仅可以用特殊的评价方法至有限的程度。测量结果的准确性主要取决于数据获得的质量,而不取决于使用的示踪剂本身。特别是在低渗透率的情况下,精确的压力和体积测量至关重要。由于难接近导致为现场测量例如压力、温度的参数而在石头裂缝、岩石、地质构造、多孔材料中或在井眼中的此类测量是困难或不可能的,并且可能仅适合于非常小的测量探针。可以在此类位置中和此类条件下测量的小型电气或光学传感器和测量装置仅可以用大量的精力和费用来制造,并且难以引入岩石内并连接至外部测量电子设备。通常排除使用测量探针、传感器和检测电子设备的常规测定,因为,一方面,必须向它们供应能量,另一方面,必须读出数据。二者都需要供应电力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用至少一种颗粒或者颗粒混合物使多孔介质定量化的方法,其中所述颗粒具有参考功能和至少一种报告功能,所述至少一种报告功能用于记录所述多孔介质的物理、化学或生物化学参数,所述方法包括以下步骤:/n将所述颗粒和/或所述颗粒混合物引入流体中,/n使具有所述颗粒和/或所述颗粒混合物的流体流经和/或渗透所述多孔介质,其中当超过或低于要记录的参数的阈值时,所述颗粒的至少一种报告功能改变,而所述颗粒的参考功能保持不变,和/n在离开所述多孔介质之后,对所述颗粒和/或所述颗粒混合物进行所述颗粒的物理地、化学地或生物化学地改变的报告功能和所述参考功能的至少一种随后的分析,其中所述参考功能用于识别所述颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180308 DE 102018105394.01.一种用至少一种颗粒或者颗粒混合物使多孔介质定量化的方法,其中所述颗粒具有参考功能和至少一种报告功能,所述至少一种报告功能用于记录所述多孔介质的物理、化学或生物化学参数,所述方法包括以下步骤:
将所述颗粒和/或所述颗粒混合物引入流体中,
使具有所述颗粒和/或所述颗粒混合物的流体流经和/或渗透所述多孔介质,其中当超过或低于要记录的参数的阈值时,所述颗粒的至少一种报告功能改变,而所述颗粒的参考功能保持不变,和
在离开所述多孔介质之后,对所述颗粒和/或所述颗粒混合物进行所述颗粒的物理地、化学地或生物化学地改变的报告功能和所述参考功能的至少一种随后的分析,其中所述参考功能用于识别所述颗粒。


2.根据权利要求1所述的方法,其中所述颗粒的直径为100μm至0.5nm,特别优选直径为10μm至5nm,或者非常特别优选直径为5μm至50nm。


3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述颗粒的基体由银、金、铜或其它金属、二氧化硅、聚苯乙烯、烯烃、蜡或其混合物组成。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述至少一种报告功能包含在所述颗粒中和/或颗粒表面上,所述至少一种报告功能包括单独地或彼此组合的荧光标记、发光标记、用于等离子体性质的标记、pH值指示剂、温度指示剂、辐射指示剂的至少一种。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述至少一种报告功能的改变是不可逆的。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中所述至少一种报告功能的改变随着经历的辐射的剂量(辐射暴露)或氧化应激而连续增加。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中所述颗粒的参考功能是以几何和/或触觉检测部位的形式,或者以荧光标...

【专利技术属性】
技术研发人员:T·席梅尔
申请(专利权)人:拍特恩特普尔创新管理股份有限公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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