專利名稱：測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法。
背景技術：
一些礦物特別是層狀礦物，由于其基本晶層各面性質的差異，使其顆粒在溶液中各面荷電機理不同，從而在顆粒表面產生不均勻、甚至不同性質的電荷，這類礦物稱為荷電異質性礦物。高嶺石、蒙脫石等就是典型的荷電異質性礦物，它們被廣泛地應用到藝術、醫(yī)藥、農業(yè)、建筑業(yè)、環(huán)境工程、礦業(yè)工程以及生物工程領域，研究其表面荷電性質對理解這些礦物在各領域的應用機理，擴大其應用范圍具有十分重要的意義。荷電異質性顆粒零凈質子電荷點pHPZNrc是指其可變電荷面荷電為零時的溶液pH值，是荷電異質性顆粒一個重要性質。目前對零凈質子電荷點的測定主要使用的是電位滴定法，該方法需要在較大的PH值范圍內安排多個點進行樣品的滴定和反滴定，并測定各個樣品的H+吸附量，再繪圖確定其零
凈質子電荷點，操作較為繁瑣，工作量大，樣品消耗多，且為了減少試驗量，取點的PH值間隔大，準確度低。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種操作較為方便、樣品需求少、測量精度高的測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法。本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案實現本發(fā)明測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法的特點是按如下步驟進行a、測定并繪制荷電異質性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質溶液中顆粒表面的 電位與惰性電解質溶液PH由10.8到2.0變化的關系曲線，兩條曲線分別在溶液pH彡4. O和pH彡7. O處各產生一個交點；b、對所述兩種不同濃度惰性電解質溶液中的ζ ^pH關系曲線在溶液pH彡4. O和pH彡7.0處產生的兩個交點之間的曲線進行回歸分析，建立的回歸模型A(X)和f2 (X)，其回歸系數R2 ^ O. 99 ;如果R2〈0. 99，則將回歸范圍由兩個交點處向中心收縮后重新進行回歸分析直至所得回歸模型的R2 ^ O. 99 ；C、根據所得ζ "pH的回歸模型(X)和f2 (X),求函數F (X) =f1 (X) -f2 (X)取得極大值所對應的X值即為該荷電異質性顆粒零凈質子電荷點pHPZNrc。本發(fā)明測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法的特點也在于荷電異質性顆粒表面的ζ電位與溶液pH值的關系采用電聲法進行測定。所述顆粒的粒度為lnm_25um。所述惰性電解質溶液中電解質為分析純單價惰性電解質，以電導率< I μ S/cm的高純水為溶劑，所惰性電解質溶液中的陽離子濃度為O. 001mol/L-0. lmol/L,所述關系曲線是自溶液的初始pH值開始，通過連續(xù)滴定，按pH間距為O.1連續(xù)測量顆粒表面的 電位。
荷電異質性顆粒在溶液中的總電位是由其永久電荷面的電勢ζτ和其可變電荷面的電勢共同疊加產生的，即ζ = ζτ+ζΗ。^為負值，ζΗ的正負是由溶液pH值決定的。當溶液中電解質濃度由C1增加到C2時(I)由于高濃度電解質對永久電荷面負電荷的壓縮雙電層作用，使永久電荷面在全PH值范圍內產生一個固定的電勢差Λ ζτ>0;
(2)在低pH值情況下，可變電荷面會質子化而荷正電荷，產生正電勢，但電解質會抑制質子化過程，當電解質濃度由C1增加到C2時可變電荷面正電勢會降低，產生一個電勢差Δ ζΗ〈0。由Gouy-Chapman理論和Nernst方程分析知，Δ ζ Η,絕對值隨pH值降低而逐漸增加，當其絕對值達到Λζτ時，Λζ=Λζτ+Λ ζΗ=0，兩條曲線產生第一個交點ciPl。(3)在高PH值情況下，可變電荷面會去質子化而荷負電荷，產生負電勢，而電解質對去質子化過程有很強的促進作用，當解質濃度由C1增加到C2時可變電荷面負電勢會增加，同樣產生一個電勢差Λ ζΗ<0,且其絕對值隨pH值增加而逐漸增加，當其絕對值達到Λ (1時，Δ ζ=Δ ζτ+Δ ζΗ=0，兩條曲線產生第二個交點Cip2。在實際測定過程中如果Λ值變化較快，在測定范圍內可清楚看見CippCip2,反之則在測定pH值范圍內可見兩條曲線在某一部位凸起并有向兩端收攏的趨勢。 由上分析可知，在Cip1和Cip2之間必有一點，荷電異質性顆?？勺冸姾擅婕炔毁|子化也不去質子化,此點即為零凈質子電荷點pHPZNrc，此時Λ ζΗ=0, Δ ζ達到最大值為Δ ζτ因此通過測定并繪制荷電異質性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質溶液中其表面的 電位與溶液PH值關系圖，對關系圖中兩個交點之間的曲線進行回歸分析，建立ζ "pH的回歸模型f\(x)和f2(x),函數F (X) =A (X)-f2 (X)取得極大值所對應的溶液pH值即為該荷電異質性顆粒零凈質子電荷點ρΗΡΖΝΡ。。與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現在本發(fā)明采取電聲法測定顆粒在溶液中的ζ電位隨pH值的變化曲線是對同一個樣連續(xù)的滴定和測量過程，對同一種惰性電解質溶液僅需一份樣品，測量一次pHPZNrc只需兩份樣品，極大地降低了樣品的使用量；直接通過顆粒表面的ζ電位與溶液pH變化關系曲線計算荷電異質性顆粒的pHPZNrc，減少了試驗環(huán)節(jié)，節(jié)省了時間，提高了測定速度；試驗步驟的減少，必然減小了操作過程中的誤差，同時測量的pH間距可以達O. 1，必然有利于測量精度的提聞。


圖1為本發(fā)明實例中高嶺石顆粒在溶液中ζ電位與溶液pH值關系曲線圖；圖2為本發(fā)明實例中回歸模型圖。
具體實施例方式I、用電導率彡lus/cm的去離子水制備250ml、pH值為10. 8、NaCl濃度分別為O. 001mol/L、0. lmol/L 的溶液各一份；2、稱取5g所測礦物顆粒放入已制備好的O. 001mol/L NaCl溶液中，用ColloidalDynamicsZetaProbe分析儀自帶攪拌器充分攪拌。溶液pH值有所降低并逐漸趨于穩(wěn)定后，用0. Olmol/LHCl溶液做pH調整劑，按pH間隔為0.1連續(xù)測定礦物顆粒在0. OOlmol/LNaCl溶液中的ξ電位，直至ρΗ=2.0 ;3、稱取5g所測礦物顆粒放入已制備好的O.1mol/LNaCI溶液中，按步驟2相同方法測定所測礦物顆粒在O. lmol/L NaCl溶液中，pH為2到10. 8范圍內的ζ電位；4、分別繪制所測礦物顆粒ζ電位與溶液pH值關系曲線圖。由于NaCl溶液溶液中的Na+為惰性離子，且其對固定的永久負電勢ζτ壓縮作用較弱，所以兩條關系曲線必然在溶液PH彡4. O和pH彡7. O處各產生一個交點，分別為cipl和cip2 ；5、針對步驟4所作圖中兩個交點cipp cip2之間的曲線分別進行回歸分析,建立O.1mol/LNaCI,O. OOlmol/LNaCl分別所對應的ζ pH的回歸模型(x)和f2 (x)。若兩個回歸模型的回歸系數R2均大于等于0. 99，則進行下一步驟；若其中有任一個回歸系數R2〈0. 99，則將回歸范圍由兩個交點處向中心收縮后重新進行回歸分析直至所得兩個回歸模型的R2 ^ 0. 99 ；6、求函數F (x) =f2 (x) _f\ (x)取得極大值時所對應的X值即為所測礦物顆粒的零凈質子電荷點pH
PZNPC°實施例高嶺石顆粒零凈質子電荷點的測定I、用電導率彡1118/011的去離子水制備2501111，？!1值為10.8，NaCl濃度分別為0. 001mol/L、0. lmol/L 的溶液各一份；2、稱取5g高嶺石顆粒放入已制備好的0.001mol/L NaCl溶液中，用ColloidalDynamicsZetaProbe分析儀自帶攪拌器充分攪拌。由于荷電異質性顆粒表面的去質子化作用，溶液PH值由10. 8開始緩慢降低并逐漸達到平衡，再用0. 01mol/L HCl溶液做pH調整劑，按PH間隔為0.1連續(xù)測定高嶺石顆粒在0. OOlmol/LNaCl溶液中的ζ電位，直至ρΗ=2. O ；3、稱取5g高嶺石顆粒放入已制備好的0.1mol/LNaCI溶液中，按步驟2相同方法測定高嶺石顆粒在0. lmol/L NaCl溶液中，pH為2到10. 8范圍內的ζ電位；4、繪制高嶺石顆粒分別在0.001mol/L和0. lmol/L NaCl溶液中ζ電位與溶液pH值關系曲線分別為曲線a和曲線b。如圖1所示，兩條關系曲線分別在pH為4. O和7. 6處各產生一個交點Cip1和Cip2 ；5、對圖1中兩個交點ciPl、Cip2之間的曲線a和曲線b分別進行回歸分析得回歸曲線A和曲線B，如圖2所示得0. lmol/L NaCl 溶液對應方程(X) =-0. 2551χ3+5. 3229χ2_49· 642χ+86. 331 R2=O. 99900. 001mol/L NaCl 溶液對應方程f2 (X) =-1. 2833χ3+26. 925χ_193· 26χ+381. 52 R2=O. 99926、對函數F (X) =f2 (X) -fi (X)求導，當F (X)取得極大值時x=5. 37則高嶺石顆粒的零凈質子電荷點pHPZNrc=5. 37。所測結果與Schroth和Sposito用電位滴定法測得的高嶺石顆粒pHPZNPC=5. 36 ±0. 02 一致。
權利要求
1.一種測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法，其特征是按如下步驟進行a、測定并繪制荷電異質性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質溶液中顆粒表面的ζ電位與惰性電解質溶液PH由10. 8到2. O變化的關系曲線，兩條曲線分別在溶液pH彡4. O和 pH彡7. O處各產生一個交點；b、對所述兩種不同濃度惰性電解質溶液中的ζ^pH關系曲線在溶液pH彡4. O和 pH彡7.0處產生的兩個交點之間的曲線進行回歸分析，建立的回歸模型A(X)和 f2 (X)，其回歸系數R2 ^ O. 99 ;如果R2〈0. 99，則將回歸范圍由兩個交點處向中心收縮后重新進行回歸分析直至所得回歸模型的R2 ^ O. 99 ；C、根據所得ζ "pH的回歸模型(X)和f2 (X),求函數F (X) =f1 (X) -f2 (X)取得極大值所對應的X值即為該荷電異質性顆粒零凈質子電荷點pHPZNrc。
2.根據權利要求I所述的測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法，其特征在于 荷電異質性顆粒表面的 電位與溶液PH值的關系采用電聲法進行測定。
3.根據權利要求I所述的測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法，其特征在于 所述顆粒的粒度為lnm-25um。
4.根據權利要求I所述的測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法，其特征在于 所述惰性電解質溶液中電解質為分析純單價惰性電解質，以電導率< I μ S/cm的高純水為溶劑，所惰性電解質溶液中的陽離子濃度為O. 001mol/L-0. lmol/L。
5.根據權利要求I所述的測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法，其特征在于 所述關系曲線是自溶液的初始PH值開始，通過連續(xù)滴定，按pH間距為O. I連續(xù)測量顆粒表面的ζ電位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定荷電異質性顆粒零凈質子電荷點的方法，其特征是測定并繪制荷電異質性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質溶液中顆粒表面的ζ電位與惰性電解質溶液pH的關系曲線，對兩條曲線的兩個交點之間的曲線進行回歸分析，建立ζ~pH的回歸模型f1(x)和f2(x)，回歸系數R2≧0.99；求函數F(x)=f1(x)-f2(x)取得極大值所對應的x值即為該荷電異質性顆粒零凈質子電荷點pHPZNPC。本方法簡單方便，所需樣品少，易于實施。
文檔編號G01N27/42GK102980934SQ20121052358
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權日2012年12月7日
發(fā)明者劉令云, 閔凡飛, 陸芳琴, 張明旭, 宋少先, 蔡川川 申請人:安徽理工大學