专利名称：测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法
技术领域：
本发明涉及一种测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法。
背景技术：
一些矿物特别是层状矿物，由于其基本晶层各面性质的差异，使其颗粒在溶液中各面荷电机理不同，从而在颗粒表面产生不均匀、甚至不同性质的电荷，这类矿物称为荷电异质性矿物。高岭石、蒙脱石等就是典型的荷电异质性矿物，它们被广泛地应用到艺术、医药、农业、建筑业、环境工程、矿业工程以及生物工程领域，研究其表面荷电性质对理解这些矿物在各领域的应用机理，扩大其应用范围具有十分重要的意义。荷电异质性颗粒零净质子电荷点pHPZNrc是指其可变电荷面荷电为零时的溶液pH值，是荷电异质性颗粒一个重要性质。目前对零净质子电荷点的测定主要使用的是电位滴定法，该方法需要在较大的PH值范围内安排多个点进行样品的滴定和反滴定，并测定各个样品的H+吸附量，再绘图确定其零
净质子电荷点，操作较为繁琐，工作量大，样品消耗多，且为了减少试验量，取点的PH值间隔大，准确度低。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种操作较为方便、样品需求少、测量精度高的测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法。本发明为解决技术问题采用如下技术方案实现本发明测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法的特点是按如下步骤进行a、测定并绘制荷电异质性颗粒在两种不同浓度的惰性电解质溶液中颗粒表面的 电位与惰性电解质溶液PH由10.8到2.0变化的关系曲线，两条曲线分别在溶液pH彡4. O和pH彡7. O处各产生一个交点；b、对所述两种不同浓度惰性电解质溶液中的ζ ^pH关系曲线在溶液pH彡4. O和pH彡7.0处产生的两个交点之间的曲线进行回归分析，建立的回归模型A(X)和f2 (X)，其回归系数R2 ^ O. 99 ;如果R2〈0. 99，则将回归范围由两个交点处向中心收缩后重新进行回归分析直至所得回归模型的R2 ^ O. 99 ；C、根据所得ζ "pH的回归模型(X)和f2 (X),求函数F (X) =f1 (X) -f2 (X)取得极大值所对应的X值即为该荷电异质性颗粒零净质子电荷点pHPZNrc。本发明测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法的特点也在于荷电异质性颗粒表面的ζ电位与溶液pH值的关系采用电声法进行测定。所述颗粒的粒度为lnm_25um。所述惰性电解质溶液中电解质为分析纯单价惰性电解质，以电导率< I μ S/cm的高纯水为溶剂，所惰性电解质溶液中的阳离子浓度为O. 001mol/L-0. lmol/L,所述关系曲线是自溶液的初始pH值开始，通过连续滴定，按pH间距为O.1连续测量颗粒表面的 电位。
荷电异质性颗粒在溶液中的总电位是由其永久电荷面的电势ζτ和其可变电荷面的电势共同叠加产生的，即ζ = ζτ+ζΗ。^为负值，ζΗ的正负是由溶液pH值决定的。当溶液中电解质浓度由C1增加到C2时(I)由于高浓度电解质对永久电荷面负电荷的压缩双电层作用，使永久电荷面在全PH值范围内产生一个固定的电势差Λ ζτ>0;
(2)在低pH值情况下，可变电荷面会质子化而荷正电荷，产生正电势，但电解质会抑制质子化过程，当电解质浓度由C1增加到C2时可变电荷面正电势会降低，产生一个电势差Δ ζΗ〈0。由Gouy-Chapman理论和Nernst方程分析知，Δ ζ Η,绝对值随pH值降低而逐渐增加，当其绝对值达到Λζτ时，Λζ=Λζτ+Λ ζΗ=0，两条曲线产生第一个交点ciPl。(3)在高PH值情况下，可变电荷面会去质子化而荷负电荷，产生负电势，而电解质对去质子化过程有很强的促进作用，当解质浓度由C1增加到C2时可变电荷面负电势会增加，同样产生一个电势差Λ ζΗ<0,且其绝对值随pH值增加而逐渐增加，当其绝对值达到Λ (1时，Δ ζ=Δ ζτ+Δ ζΗ=0，两条曲线产生第二个交点Cip2。在实际测定过程中如果Λ值变化较快，在测定范围内可清楚看见CippCip2,反之则在测定pH值范围内可见两条曲线在某一部位凸起并有向两端收拢的趋势。 由上分析可知，在Cip1和Cip2之间必有一点，荷电异质性颗粒可变电荷面既不质子化也不去质子化,此点即为零净质子电荷点pHPZNrc，此时Λ ζΗ=0, Δ ζ达到最大值为Δ ζτ因此通过测定并绘制荷电异质性颗粒在两种不同浓度的惰性电解质溶液中其表面的 电位与溶液PH值关系图，对关系图中两个交点之间的曲线进行回归分析，建立ζ "pH的回归模型f\(x)和f2(x),函数F (X) =A (X)-f2 (X)取得极大值所对应的溶液pH值即为该荷电异质性颗粒零净质子电荷点ρΗΡΖΝΡ。。与已有技术相比，本发明有益效果体现在本发明采取电声法测定颗粒在溶液中的ζ电位随pH值的变化曲线是对同一个样连续的滴定和测量过程，对同一种惰性电解质溶液仅需一份样品，测量一次pHPZNrc只需两份样品，极大地降低了样品的使用量；直接通过颗粒表面的ζ电位与溶液pH变化关系曲线计算荷电异质性颗粒的pHPZNrc，减少了试验环节，节省了时间，提高了测定速度；试验步骤的减少，必然减小了操作过程中的误差，同时测量的pH间距可以达O. 1，必然有利于测量精度的提闻。
图1为本发明实例中高岭石颗粒在溶液中ζ电位与溶液pH值关系曲线图；图2为本发明实例中回归模型图。
具体实施例方式I、用电导率彡lus/cm的去离子水制备250ml、pH值为10. 8、NaCl浓度分别为O. 001mol/L、0. lmol/L 的溶液各一份；2、称取5g所测矿物颗粒放入已制备好的O. 001mol/L NaCl溶液中，用ColloidalDynamicsZetaProbe分析仪自带搅拌器充分搅拌。溶液pH值有所降低并逐渐趋于稳定后，用0. Olmol/LHCl溶液做pH调整剂，按pH间隔为0.1连续测定矿物颗粒在0. OOlmol/LNaCl溶液中的ξ电位，直至ρΗ=2.0 ;3、称取5g所测矿物颗粒放入已制备好的O.1mol/LNaCI溶液中，按步骤2相同方法测定所测矿物颗粒在O. lmol/L NaCl溶液中，pH为2到10. 8范围内的ζ电位；4、分别绘制所测矿物颗粒ζ电位与溶液pH值关系曲线图。由于NaCl溶液溶液中的Na+为惰性离子，且其对固定的永久负电势ζτ压缩作用较弱，所以两条关系曲线必然在溶液PH彡4. O和pH彡7. O处各产生一个交点，分别为cipl和cip2 ；5、针对步骤4所作图中两个交点cipp cip2之间的曲线分别进行回归分析,建立O.1mol/LNaCI,O. OOlmol/LNaCl分别所对应的ζ pH的回归模型(x)和f2 (x)。若两个回归模型的回归系数R2均大于等于0. 99，则进行下一步骤；若其中有任一个回归系数R2〈0. 99，则将回归范围由两个交点处向中心收缩后重新进行回归分析直至所得两个回归模型的R2 ^ 0. 99 ；6、求函数F (x) =f2 (x) _f\ (x)取得极大值时所对应的X值即为所测矿物颗粒的零净质子电荷点pH
PZNPC°实施例高岭石颗粒零净质子电荷点的测定I、用电导率彡1118/011的去离子水制备2501111，？!1值为10.8，NaCl浓度分别为0. 001mol/L、0. lmol/L 的溶液各一份；2、称取5g高岭石颗粒放入已制备好的0.001mol/L NaCl溶液中，用ColloidalDynamicsZetaProbe分析仪自带搅拌器充分搅拌。由于荷电异质性颗粒表面的去质子化作用，溶液PH值由10. 8开始缓慢降低并逐渐达到平衡，再用0. 01mol/L HCl溶液做pH调整剂，按PH间隔为0.1连续测定高岭石颗粒在0. OOlmol/LNaCl溶液中的ζ电位，直至ρΗ=2. O ；3、称取5g高岭石颗粒放入已制备好的0.1mol/LNaCI溶液中，按步骤2相同方法测定高岭石颗粒在0. lmol/L NaCl溶液中，pH为2到10. 8范围内的ζ电位；4、绘制高岭石颗粒分别在0.001mol/L和0. lmol/L NaCl溶液中ζ电位与溶液pH值关系曲线分别为曲线a和曲线b。如图1所示，两条关系曲线分别在pH为4. O和7. 6处各产生一个交点Cip1和Cip2 ；5、对图1中两个交点ciPl、Cip2之间的曲线a和曲线b分别进行回归分析得回归曲线A和曲线B，如图2所示得0. lmol/L NaCl 溶液对应方程(X) =-0. 2551χ3+5. 3229χ2_49· 642χ+86. 331 R2=O. 99900. 001mol/L NaCl 溶液对应方程f2 (X) =-1. 2833χ3+26. 925χ_193· 26χ+381. 52 R2=O. 99926、对函数F (X) =f2 (X) -fi (X)求导，当F (X)取得极大值时x=5. 37则高岭石颗粒的零净质子电荷点pHPZNrc=5. 37。所测结果与Schroth和Sposito用电位滴定法测得的高岭石颗粒pHPZNPC=5. 36 ±0. 02 一致。
权利要求
1.一种测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法，其特征是按如下步骤进行a、测定并绘制荷电异质性颗粒在两种不同浓度的惰性电解质溶液中颗粒表面的ζ电位与惰性电解质溶液PH由10. 8到2. O变化的关系曲线，两条曲线分别在溶液pH彡4. O和 pH彡7. O处各产生一个交点；b、对所述两种不同浓度惰性电解质溶液中的ζ^pH关系曲线在溶液pH彡4. O和 pH彡7.0处产生的两个交点之间的曲线进行回归分析，建立的回归模型A(X)和 f2 (X)，其回归系数R2 ^ O. 99 ;如果R2〈0. 99，则将回归范围由两个交点处向中心收缩后重新进行回归分析直至所得回归模型的R2 ^ O. 99 ；C、根据所得ζ "pH的回归模型(X)和f2 (X),求函数F (X) =f1 (X) -f2 (X)取得极大值所对应的X值即为该荷电异质性颗粒零净质子电荷点pHPZNrc。
2.根据权利要求I所述的测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法，其特征在于 荷电异质性颗粒表面的 电位与溶液PH值的关系采用电声法进行测定。
3.根据权利要求I所述的测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法，其特征在于 所述颗粒的粒度为lnm-25um。
4.根据权利要求I所述的测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法，其特征在于 所述惰性电解质溶液中电解质为分析纯单价惰性电解质，以电导率< I μ S/cm的高纯水为溶剂，所惰性电解质溶液中的阳离子浓度为O. 001mol/L-0. lmol/L。
5.根据权利要求I所述的测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法，其特征在于 所述关系曲线是自溶液的初始PH值开始，通过连续滴定，按pH间距为O. I连续测量颗粒表面的ζ电位。
全文摘要
本发明公开了一种测定荷电异质性颗粒零净质子电荷点的方法，其特征是测定并绘制荷电异质性颗粒在两种不同浓度的惰性电解质溶液中颗粒表面的ζ电位与惰性电解质溶液pH的关系曲线，对两条曲线的两个交点之间的曲线进行回归分析，建立ζ~pH的回归模型f1(x)和f2(x)，回归系数R2≧0.99；求函数F(x)=f1(x)-f2(x)取得极大值所对应的x值即为该荷电异质性颗粒零净质子电荷点pHPZNPC。本方法简单方便，所需样品少，易于实施。
文档编号G01N27/42GK102980934SQ20121052358
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者刘令云, 闵凡飞, 陆芳琴, 张明旭, 宋少先, 蔡川川 申请人:安徽理工大学