流动电位系数与zeta电位的测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种流动电位系数与zeta电位的测量装置及其测量方法，储液容器通过带有三通阀的三通管路与加样容器的器体底部的进液口连接，当存在高差时，储液容器中的液体能够依靠重力流入加样容器中，并且储液容器与加样容器均能通过三通阀排液；加样容器中具有加样室与测量室。本发明专利技术依靠重力来传送液体，无需额外的泵送装置，并且液体在重力作用下下降导致加样容器内液压差的变化能够通过第一测量室与第二测量室液压差测量接口进行测量，那么在测量流动电位时，只需要知道液面下降高度就能知道是测量的何种液压差下的流动电位，无需在流动电位测量过程中保持恒定压差。测量过程连续高效，实现流动电位系数与zeta电位的一体化测量。

【技术实现步骤摘要】
流动电位系数与zeta电位的测量装置及其测量方法
本专利技术涉及表面电化学测量

技术介绍
流动电位是指电解质溶液流经带电表面间形成的毛管孔隙时产生电位差的现象。当电解质溶液在外力(ΔP)作用下通过带电毛细管或多孔介质时，带电表面所形成双电层的扩散层中的离子也会随之移动，形成流动电流(Is)。同时，由于固相带电表面和电解质中离子的静电作用，电解质溶液中与固相带电符号相反的离子会沿电解质溶液的流动方向产生积累，从而在毛细管或多孔介质两端产生电位差(ΔE)，ΔE称为流动电位。在ΔE的作用下，会沿电解质溶液流动的相反方向产生电导电流(Ic)。当体系稳定时，Is和Ic大小相等，方向相反。根据Is和Ic相等的关系，当ΔP改变时，ΔE的大小也会发生改变。对于给定的带电表面和电解质溶液，ΔE与ΔP呈直线相关，两者的比值(直线斜率)是一特定值，称为流动电位系数(C＝ΔE/ΔP)。根据流动电位系数带入修正后Helmholtz-Smoluchowschi(H-S)方程可计算得到带电表面的zeta电位：式中ζ为固相在测量电解质溶液中的zeta电位；ΔE为测量电解质流经固相孔隙后在两端产生的流动电位；ΔP是测量电解质溶液流经固相孔隙后在固相两端存在的液压差；K'L是待测电解质溶液充满固相孔隙后固相的总电导率；KHL为高浓度电解质溶液的电导率；K'HL为高浓度电解质溶液(常用0.1mol/LKCl溶液)充满固相孔隙后固相的总电导率。可以看出，由于流动电位测定中是电解质溶液流动而带电物体固定不动，因此在实验测定中的研究对象均是尺寸较大的带电物体，以便于固定。因此，可以基于流动电位原理测量大尺寸带电物体的zeta电位。但是，不同研究者的研究对象不同，测量对象的大小和形状千差万别，研制的仪器难以互相借鉴应用。在地球科学研究领域，岩石、矿物、土壤的表面电化学特征深刻地影响着元素的地球化学循环，土壤的肥力特征和污染物的迁移转化过程。目前虽然有少数的一些用于测量土壤流动电位系数的装置，但是受限于测量原理，必须在恒定的压力下来测量流动电位以计算流动电位系数，为了维持恒定的压力必需采用水泵等特定装置，不仅装置结构复杂而且测量过程十分繁琐，缺乏简洁和快速地表征岩石、矿物和土壤表面电化学性质的测量手段。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种流动电位系数测量装置，解决现有技术中依赖恒定压力来测量流动电位的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案一种流动电位系数测量装置，包括具有用于观察液面高度变化的透视部位的储液容器，并且所述透视部位上设有液面刻线；所述储液容器通过带有三通阀的三通管路与加样容器的器体底部的进液口连接，当存在高差时，储液容器中的液体能够依靠重力流入加样容器中，并且储液容器与加样容器均能通过三通阀排液；所述加样容器还包括顶部设有出液口的帽盖，所述器体上端与帽盖可拆卸式密封连接；器体内固定设有位于其横截面上的第一筛网，帽盖内固定设有平行于所述第一筛网的第二筛网；器体与帽盖连接后使得第一筛网与第二筛网之间形成加样室，第一筛网与器体底部之间形成第一测量室，第二筛网与帽盖顶部之间形成第二测量室；还包括一对流动电位测量电极，所述流动电位测量电极的正极与负极分别设置在所述第一测量室、第二测量室内，并分别通过外伸出第一测量室、第二测量室的电位计接头与电位计连接，所述电位计接头与加样容器之间密封；所述第一测量室与第二测量室上分别通过相应的液压差测量接口与压差计连接。本专利技术还提供一种zeta电位测量装置，包括本专利技术的流动电位系数测量装置；还包括一对电导率测量电极，所述电导率测量电极的正极与负极分别设置在所述第一测量室、第二测量室内，并分别通过外伸出第一测量室、第二测量室的电导率仪接头与电导率仪连接，所述电位计接头与加样容器之间密封。本专利技术还提供一种流动电位系数测量方法，采用本专利技术的流动电位系数测量装置；包括以下步骤：样本和溶液填装：固定储液容器相对于加样容器的位置，使储液容器高于加样容器；固相待测样品填充满加样室中形成固相多孔介质，并密封组装好加样容器的器体与帽盖；液压差校正：将去离子水盛装于储液容器中，调节三通阀，使去离子水在重力作用下饱和并流经加样室中的固相多孔介质；此后液面每下降单位高度，记录一次压差计的数值，从而获得储液容器中液面下降高度和固相多孔介质两端液压差的关系曲线；流动电位测量：关闭液压差测量接口；调节三通阀，使储液容器与加样容器中的去离子水依次排干；将待测电解质溶液盛装于储液容器中，调节三通阀，使待测电解质溶液在重力作用下饱和并流经加样室中的固相多孔介质；此后液面每下降单位高度，记录一次电位计的数值，从而获得储液容器中液面下降高度和固相多孔介质两端流动电位的关系曲线；计算流动电位系数：C＝ΔE/ΔP；式中，C表示固相多孔介质在待测电解质溶液中的流动电位系统；ΔE表示固相多孔介质两端的流动电位，ΔP表示固相多孔介质两端液压差；取相同的液面下降高度，ΔE、ΔP分别从所述储液容器中液面下降高度和固相多孔介质两端液压差的关系曲线、所述储液容器中液面下降高度和固相多孔介质两端流动电位的关系曲线中获取。本专利技术还提供一种zeta电位测量方法，采用本专利技术的zeta电位测量装置；包括以下步骤：样本和溶液填装：固定储液容器相对于加样容器的位置，使储液容器高于加样容器；固相待测样品填充满加样室中形成固相多孔介质，并密封组装好加样容器的器体与帽盖；液压差校正：将去离子水盛装于储液容器中，调节三通阀，使去离子水在重力作用下饱和并流经加样室中的固相多孔介质；此后液面每下降单位高度，记录一次压差计的数值，从而获得储液容器中液面下降高度和固相多孔介质两端液压差的关系曲线；流动电位测量：关闭液压差测量接口；调节三通阀，使储液容器与加样容器中的去离子水依次排干；将待测电解质溶液盛装于储液容器中，调节三通阀，使待测电解质溶液在重力作用下饱和并流经加样室中的固相多孔介质；此后液面每下降单位高度，记录一次电位计的数值，从而获得储液容器中液面下降高度和固相多孔介质两端流动电位的关系曲线；电导率测量：将电位计连接断开；由于加样容器的出液口高于进液口，在完成流动电位测量后固相多孔介质仍被待测电解质溶液所饱和，此时打开电导率仪，测量得到待测电解质溶液充满固相孔隙后固相的总电导率K'L；然后，调节三通阀，使储液容器与加样容器中的待测电解质溶液依次排干；将高浓度电解质溶液盛装于储液容器中，所述高浓度电解质溶液是指电解质溶液的浓度足够高，以使表面电导对流动电位的测定可完全忽略不计；高浓度电解质溶液为浓度为0.01～0.1mol/L的一价离子中性盐溶液；调节三通阀，使高浓度电解质溶液在重力作用下饱和并流经加样室中的固相多孔介质，此时打开电导率仪，测量得到高浓度电解质溶液充满固相孔隙后固相的总电导率K'HL；zeta电位计算：首先计算流动电位系数：C＝ΔE/ΔP；式中，C表示固相多孔介质在待测电解质溶液中的流动电位系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流动电位系数测量装置，其特征在于：包括具有用于观察液面高度变化的透视部位的储液容器，并且所述透视部位上设有液面刻线；所述储液容器通过带有三通阀的三通管路与加样容器的器体底部的进液口连接，当存在高差时，储液容器中的液体能够依靠重力流入加样容器中，并且储液容器与加样容器均能通过三通阀排液；/n所述加样容器还包括顶部设有出液口的帽盖，所述器体上端与帽盖可拆卸式密封连接；器体内固定设有位于其横截面上的第一筛网，帽盖内固定设有平行于所述第一筛网的第二筛网；器体与帽盖连接后使得第一筛网与第二筛网之间形成加样室，第一筛网与器体底部之间形成第一测量室，第二筛网与帽盖顶部之间形成第二测量室；/n还包括一对流动电位测量电极，所述流动电位测量电极的正极与负极分别设置在所述第一测量室、第二测量室内，并分别通过外伸出第一测量室、第二测量室的电位计接头与电位计连接，所述电位计接头与加样容器之间密封；所述第一测量室与第二测量室上分别通过相应的液压差测量接口与压差计连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种流动电位系数测量装置，其特征在于：包括具有用于观察液面高度变化的透视部位的储液容器，并且所述透视部位上设有液面刻线；所述储液容器通过带有三通阀的三通管路与加样容器的器体底部的进液口连接，当存在高差时，储液容器中的液体能够依靠重力流入加样容器中，并且储液容器与加样容器均能通过三通阀排液；
所述加样容器还包括顶部设有出液口的帽盖，所述器体上端与帽盖可拆卸式密封连接；器体内固定设有位于其横截面上的第一筛网，帽盖内固定设有平行于所述第一筛网的第二筛网；器体与帽盖连接后使得第一筛网与第二筛网之间形成加样室，第一筛网与器体底部之间形成第一测量室，第二筛网与帽盖顶部之间形成第二测量室；
还包括一对流动电位测量电极，所述流动电位测量电极的正极与负极分别设置在所述第一测量室、第二测量室内，并分别通过外伸出第一测量室、第二测量室的电位计接头与电位计连接，所述电位计接头与加样容器之间密封；所述第一测量室与第二测量室上分别通过相应的液压差测量接口与压差计连接。


2.根据权利要求1所述的流动电位系数测量装置，其特征在于：所述第一测量室与第二测量室的侧壁上分别设置所述液压差测量接口；所述液压差测量接口通过阀门进行开闭。


3.根据权利要求1所述的流动电位系数测量装置，其特征在于：器体与帽盖采用螺纹结构密封连接；或者器体与帽盖采用卡扣结构连接，并通过密封圈密封。


4.根据权利要求1所述的流动电位系数测量装置，其特征在于：所述帽盖的帽盖顶部与帽盖主体可拆卸式密封连接；所述器体的器体底部与器体主体可拆卸式密封连接。


5.根据权利要求1所述的流动电位系数测量装置，其特征在于：所述液面刻线上的数字从上至下依次增大，并从零开始增大。


6.一种zeta电位测量装置，其特征在于：包括权利要求1所述的流动电位系数测量装置；还包括一对电导率测量电极，所述电导率测量电极的正极与负极分别设置在所述第一测量室、第二测量室内，并分别通过外伸出第一测量室、第二测量室的电导率仪接头与电导率仪连接，所述电位计接头与加样容器之间密封。


7.根据权利要求1所述的zeta电位测量装置，其特征在于：流动电位测量电极采用Ag/AgCl电极；电导率测量电极采用Pt电极。


8.一种流动电位系数测量方法，其特征在于：采用权利要求1所述的流动电位系数测量装置；包括以下步骤：
样本和溶液填装：固定储液容器相对于加样容器的位置，使储液容器高于加样容器；固相待测样品填充满加样室中形成固相多孔介质，并密封组装好加样容器的器体与帽盖；
液压差校正：将去离子水盛装于储液容器中，调节三通阀，使去离子水在重力作用下饱和并流经加样室中的固相多孔介质；此后液面每下降单位高度，记录一次压差计的数值，从而获得储液容器中液面下降高度和固相多孔介质两端液压差的关系曲线；
流动电位测量：关闭液压差测量接口；调节三通阀，使储液容器与加样容器中的去离子水依次排干；将待测电解质溶液盛装于储液容器中，调节三通阀，使待测电解质溶液在重力作用下饱和并流经加样室中的固相多孔介质；此后液面每...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠意，程永毅，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50