專利名稱：測定物質離子強度的方法
技術領域：
本發明涉及化學工程技術領域，具體而言，涉及一種測定物質離子強度的方法。
背景技術：
離子強度是衡量溶液中存在的離子所產生的電場強度的量度，溶液中離子的濃度越大，離子所帶的電荷數目越多，離子與其他離子之間的作用越強，離子強度越大。當前溶液的離子強度一般是采用電化學傳感器然后通過膜電勢來測定溶液中離子的活度或濃度，當電化學傳感器和待測離子的溶液接觸時，在它的敏感膜和溶液的相界面上產生與該 離子活度直接相關的膜電勢。測定離子強度的選擇性電極也稱膜電極，這類電極有一層特殊的電極膜，電極膜對特定的離子具有選擇性響應，電極膜的電位與待測離子含量之間的關系符合能斯特公式。離子選擇性電極具有選擇性好、平衡時間短的特點。然而，上述測定方法存在一些缺點，主要包括以下五個方面(I)測定離子強度的選擇性電極往往只針對一種主要離子產生響應，會受到其它離子，如帶有相同或相反電荷離子的干擾；(2)以電勢對離子活度的對數作圖，可得一條直線。實際上，當活度很低時，由于電極膜物質本身的溶解以及離子干擾的影響等，校正曲線明顯彎曲，在采用離子緩沖液時，電極的線性響應范圍可大大擴展，但是這造成外源物質的引入，最終造成溶液中離子強度的誤差；(3)理論計算表明，對于一價離子，I毫伏的測量誤差會導致產生±4%的濃度相對誤差。離子價態增加，誤差也成倍增加，電極在不同濃度范圍具有不同的準確度，因此它較適用于低價態組分的測定；(4)電極的響應速度是判斷電極能否用于連續自動分析的重要參數，膜電極響應較慢，通常從幾秒到幾分鐘，特別是在高濃度條件下，電極達到穩定狀態需要較長時間；(5)高黏度或高分子的溶液使用離子選擇性電極無法及時準確獲得結果O此外，由于影響離子強度的因素有很多，所以在現有技術的離子強度測量過程中，會有很多對離子強度最終的測量結果產生影響，特別是使用了一些緩沖液用于穩定被測體系，因此，要考慮緩沖液成分對離子強度的影響；離子選擇性電極只對一種離子的價態有較好的響應性，需要考慮離子價態對離子強度測量的影響；對于電離型的大分子溶液離子強度的測量目前還沒有適用的電極出現；對于高濃度的溶液，被測離子強度需要在一定時間內才能獲得較為穩定的數值。因此，為了快速和準確獲得待測液體的離子強度，往往需要經過大量實驗，篩選各種實驗條件，造成了時間、人力成本的浪費。所以目前迫切需要出現一種能夠準確、經濟有效地測定離子強度的方法。液液微分散法制備微分散液滴是近幾年出現的一種制備尺寸均一且可控的液滴的有效方法，目前液液微分散法制備的微分散液滴都只是將其應用于物質含量的檢測或者用于納米顆粒和微球的制備等方面。
發明內容
本發明旨在提供一種測定物質離子強度的方法，以解決現有技術的離子強度在測定過程中存在的離子強度誤差大、時間長等技術問題。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種測定物質離子強度的方法，包括以下步驟通過液液微分散法將待測物質溶液制備為微分散液滴乳液；將微分散液滴乳液送入電場中測定電泳淌度；以及根據電泳淌度的數值得到微分散液滴乳液的離子強度。進一步地，液液微分散法將待測物質溶液制備為微分散液滴乳液的步驟包括將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量百分比I : 1000 6 1000的比例混合，得到分散性溶劑；將分散性溶劑注入待測物質溶液中，攪拌；以及調節PH值至6-9的范圍，制得微分散液滴乳液。進一步地，在將分散性溶劑注入待測物質溶液之前還包括對分散性溶劑進行超聲脫氣的步驟。 進一步地，親水性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一種或多種； 進一步地，疏水性有機溶劑為己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、i^一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷、環壬烷、環癸烷、環i^一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一種或多種。進一步地，根據電泳淌度的數值得到微分散液滴乳液的離子強度的步驟包括將待測物質溶液配制成多個已知離子強度的基準微分散液滴乳液；將基準微分散液滴乳液送入電場中測定其電泳淌度的數值；以及根據離子強度的數值及電泳淌度的數值建立電泳淌度-離子強度線性回歸方程；將待測的微分散液滴乳液送入電場中測定其電泳淌度的數值，根據線性回歸方程，測得離子強度。進一步地，采用酸或堿調節pH值，酸為鹽酸、硫酸和硝酸組成的組中的一種或多種；堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。進一步地，疏水性有機溶劑的摩爾濃度為5X 10_4mol/L 70 X 10_4mol/L。進一步地，分散性溶劑與待測物質溶液的體積比為I : 1000 I : 10。本發明通過液液微分散法制備微分散液滴乳液，在電場作用下測定微分散液滴乳液的電泳淌度，根據電泳淌度的數值得到微分散液滴乳液的離子強度。本發明為溶液離子強度的測定提供了一種準確且有效的方法，該測定方法操作簡單且經濟適用，避免了傳統的離子強度測量過程中有量程限制的缺點。可以應用于不同黏度體系的溶液，如石油和化工中溶液離子強度的測量。
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I示出了根據本發明典型實施例的采用具有多組錯流微通道的混合器2來制備微分散液滴乳液的流程結構示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。電泳是指帶電顆粒或液滴在電場的作用下發生遷移的過程，不僅一些無機溶液可以進行電泳，其他的生物分子，如氨基酸、多肽、蛋白質、核苷酸和核酸等都具有可電離基團，它們在某個特定的PH值下可以帶正電或負電，在電場的作用下，這些帶電顆粒或液滴會向著與其所帶電荷極性相反的電極方向移動。電泳技術就是在電場的作用下，利用樣品中各種顆粒或液滴帶電性質、本身大小及形狀等性質的差異，使帶電分子或顆粒產生不同的遷移速度。
電泳淌度是單位場強下離子的平均電泳速度，因為電泳速度與外加電場強度、溶液的屬性以及待測液滴的性質有關，所以在電場中常用淌度而不用速度來表征荷電離子的電泳行為和特性，還可以使用電泳淌度來表征液滴的表面特性。最重要的是電泳淌度的數值與待測溶液中離子強度的大小相關，在一定PH條件下，電泳淌度數值越小，待測溶液中離子強度越大；反之，電泳淌度數值越大，待測溶液中離子強度越小，并且兩者呈對數線性關系。根據本發明的一種典型實施方式，測定物質離子強度的方法包括以下步驟通過液液微分散法將待測物質溶液制備為微分散液滴乳液；將微分散液滴乳液送入電場中測定電泳淌度；以及根據電泳淌度的數值得到微分散液滴乳液的離子強度。本發明通過液液微分散法制備微分散液滴乳液，在電場作用下測定微分散液滴乳液的電泳淌度，根據電泳淌度的數值得到微分散液滴乳液的離子強度。本發明為溶液離子強度的測定提供了一種準確且有效的方法，該測定方法操作簡單且經濟適用，避免了傳統的離子強度測量過程中有量程限制的缺點，可以應用于不同黏度體系的溶液，如石油和化工中溶液離子強度的測量。液液微分散法制備的微分散液滴具有尺寸均一且可控等優點，原理是通過溶質在兩相之間的溶解度差，將溶質富集于油相中。一般微分散液滴的制備主要采用高速均化法、膜分散法或攪拌法等，采用上述方法制備微分散液滴所需的設備都較為復雜且耗費時間較長。根據本發明的一種優選實施方式，液液微分散法將待測物質溶液制備為微分散液滴乳液的步驟包括將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量百分比I : 1000
6 1000的比例混合，得到分散性溶劑；將分散性溶劑注入待測物質溶液中，攪拌；調節pH值至6 9的范圍，制得微分散液滴乳液。將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量百分比I : 1000 6 1000的比例混合，該比例混合能夠得到分散性較好的分散性溶劑；另外在較高或較低的PH條件下測量電泳淌度可能會由于電泳淌度的數值較大而極易超出儀器的測量范圍，無法進行準確測定。優選將PH調節在6 9的范圍內，能夠得到更準確的電泳淌度值。制備時可以將分散性溶劑直接注入盛放有待測溶液的收集皿3中，此種制備方法操作簡單方便。另外，還有其他的混合方式，比較典型的如圖I所示，圖I示出了采用具有多組錯流微通道混合器來制備微分散液滴乳液的流程結構示意圖。從圖I可以看出，將親水性溶劑與疏水性溶劑混合后形成的分散性溶劑裝入一個注射泵11中，將待測溶液裝入另一個注射泵12中，在注射泵11和注射泵12的驅動下，分散性溶劑與待測溶液在多組錯流微通道混合器2中混合，形成液滴，液滴繼續向前流入收集皿3中，最后到達電泳測量池4，在一定電壓下測量其運動速率。由于兩種有機溶劑在 待測溶液中的親疏水性質不同，利用液液溶解度差及微流體分散耦合的技術，親水性溶劑很快溶于待測物質溶液的水中，而疏水性溶劑快速析出，形成粒徑均一的乳液。現有技術中采用微流體技術制備微分散液滴乳液的技術已較為成熟，但是現有技術中的分散方法只利用了錯流作用力，形成微分散液滴，而沒有充分利用微流體設備傳質速率高的優點進行微分散的液滴的制備。本發明采用圖I所示的多組錯流微通道混合器，充分利用微流體設備傳質速率高的優點，得到了分散均勻的微分散液滴乳液。此處的微流體設備是指注射泵11和注射泵12、多組錯流微通道混合器2和收集皿3。本發明的微分散液滴乳液的制備操作比較簡單，不需要大型設備儀器，因而設備所需的費用極低，操作時只需利用注射泵11和注射泵12就可以將分散性溶劑快速注入待測溶液中。制備過程時間較短，只需要I秒鐘，所制備的液滴大小均一且可控，粒徑分布窄，變異系數值小。此外，該方法還可用于測定具有多種價態的溶液離子強度以及離子型高分子溶液的離子強度。根據本發明的一種優選實施方式，在將分散性溶劑注入待測物質溶液之前還包括對分散性溶劑進行超聲脫氣的步驟。由于在整個微分散液滴乳液的制備過程中均采用氮氣氣氛進行保護，超聲脫氣保證了保護氣氛的純度。將超聲脫氣后得到的分散性溶劑利用注射泵11和注射泵12的壓力快速注入到盛有待測物質溶液的收集皿3中，形成穩定的乳液，所有操作時間控制在I秒鐘內完成。該過程中既利用了液液兩相溶解度差形成液滴，也利用了微流體設備傳質速率高進一步強化分散過程。在實際操作中，一般先用超純水和乙醇將收集皿3和電泳測量池4反復清洗三次，然后自然晾干。將微分散液滴乳液送入電泳測量池4中，在電場的作用下微分散液滴乳液朝著與液滴所帶電荷極性相反的方向移動，液滴所帶電荷數量越多，移動速度越快。在操作時保持倉內溫度恒定在室溫，激光強度自動調節，每種微分散液滴乳液測量三次，取均值。根據本發明的一種典型實施方式，親水性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一種或多種；疏水性溶劑為己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、i^一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷、環壬烷、環癸烷、環十一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一種或多種。本發明優選但并不局限于上述親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑，只要兩者混合能形成均相溶液即可。本發明優選上述親水性溶劑和疏水性溶劑是考慮到親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑相互之間的溶解度，上述的親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑相互混合具有獲得和測試方便的優勢。根據本發明的一種優選實施方式，根據電泳淌度的數值得到微分散液滴乳液的離子強度的步驟包括將待測物質溶液配制成多個已知離子強度的基準微分散液滴乳液；將基準微分散液滴乳液送入電場中測定其電泳淌度的數值；以及根據離子強度的數值及電泳淌度的數值建立電泳淌度-離子強度線性回歸方程；將待測的微分散液滴乳液送入電場中測定其電泳淌度的數值，根據線性回歸方程，測得離子強度。一般將待測物質溶液配置成離子強度具有一定梯度的基準微分散液滴乳液，其中離子強度等于溶液中每種離子的質量摩爾濃度乘以該離子價數的平方所得諸項之和的一半，電泳淌度-離子強度線性回歸方程主要取決于親水性有機溶劑，即不同的親水性有機溶劑對應于不同的電泳淌度-離子強度線性回歸方程，如采用相同的親水性有機溶劑作為分散劑，則可以采用同一個電泳淌度-離子強度線性回歸方程。根據本發明的一種典型實施方式，采用酸或堿調節pH值，酸為鹽酸、硫酸和硝酸組成的組中的一種或多種；堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。本發明優選但并不局限于上述的酸和/或堿。優選地，疏水性有機溶劑的摩爾濃度分別為5X 10_4mol/L 70 X 10_4mol/L，將疏水性有機溶劑的摩爾濃度控制在上述范圍內是因為該摩爾濃度下的疏水性有機溶劑具有與親水性有機溶劑混合效果較好，具有獲得和測試方便的優勢。進一步優選地，分散性溶劑與待測溶液的體積比為I : 1000 I : 10。將分散性溶劑與待測溶液的體積比控制在上述范圍內混合可以得到分散性較好的微分散液滴乳液， 便于測試。采用本發明的方法測量離子強度適用范圍較廣，待測溶液既可以是無機溶液，又可以是有機溶液，如可以準確地測定高分子溶液及不同粘度體系的溶液等；該測定方法不僅可以用來準確地測定一種價態的離子溶液，還可以準確地測量含有陰、陽離子為二價離子、三價離子及高價離子的多種價態的離子溶液。下面結合具體實施例進一步說明本發明的有益效果實施例I(I)建立電泳淌度-離子強度線性回歸方程配制基準氯化鉀溶液配置一系列摩爾濃度分別為O. Im mol/L、0.25m mol/L、O. 50mmol/L、0. 75m mol/L、I. OOm mol/L的氯化鉀基準溶液,根據離子強度等于溶液中每種離子的摩爾濃度乘以該離子價數的平方所得諸項之和的一半，計算出基準氯化鉀溶液的離子強度，該基準氯化鉀溶液的離子強度與其摩爾濃度一致，分別為0. Im mol/L、0.25mmol/L、0. 50mmol/L、0. 75m mol/L、L OOm mol/L。將上述基準氯化鉀溶液配制成基準微分散液滴乳液將十二烷(摩爾濃度為5X10_4mol/L)與甲醇按照質量百分比I : 1000混合，得到分散性溶劑。將分散性溶劑超聲脫氣5分鐘，形成均相溶液。將分散性溶劑注入注射泵11中,將體積為分散性溶劑1000倍的上述各個摩爾濃度的氯化鉀溶液分別注入到注射泵12中，將具有分散性溶劑的注射泵11和多個具有不同摩爾濃度氯化鉀溶液的注射泵12與多組錯流微通道混合器2的兩個入口相連通，在注射泵11和注射泵12的驅動下，分散性溶劑與具有一定摩爾濃度的氯化鉀溶液在多組錯流微通道混合器2內混合，得到穩定的基準微分散液滴乳液，上述操作均快速完成。將微分散液滴乳液置入收集皿3內，用鹽酸調節微分散液滴乳液的pH為6，得到各個摩爾濃度的基準微分散液滴乳液，將基準微分散液滴乳液放入電場中，分別測定電泳淌度值，得到與一系列基準氯化鉀溶液的離子強度相對應的一系列電泳淌度值。數據見表I。表I
電泳淌度(Cin2V^)-3. 13 -2.65~ -2. 15 -1.89~ -I. 70
離子強度 On mol/L)07Τ0 025 050 075 700~根據電泳淌度值與對應的離子強度值繪制出曲線圖，并建立電泳淌度-離子強度線性回歸方程。
(2)將待測物質溶液制備為微分散液滴乳液，并測出電泳淌度值將十二烷(摩爾濃度為5X10_4mol/L)與甲醇按照質量百分比I : 1000混合，得到分散性溶劑。將分散性溶劑超聲脫氣5分鐘，形成均相溶液。將分散性溶劑注入注射泵11中，將體積為分散性溶劑1000倍的待測氯化鉀溶液注入注射泵12中，注射泵11和注射泵12分別與多組錯流微通道混合器2的兩個入口相連通，在注射泵11和注射泵12的驅動下，分散性溶劑與氯化鉀溶液在多組錯流微通道混合器2內混合，得到穩定的微分散液滴乳液，上述操作均在快速完成。將微分散液滴乳液置入收集皿3內，用鹽酸調節微分散液滴乳液的pH為6，之后送入電泳測量池4的倉內，保持倉內溫度恒定為室溫，激光強度自動調節，樣品均測量三次，取液滴電泳淌度值的平均值。(3)測量待測物質溶液的離子強度將步驟⑵中得到的待測物質溶液的電泳淌度-3. Ucm2v-1S-1代入線性回歸方程y = exp (I. 582x+2. 713)，得到該待測物質溶液的離子強度為O. 10。 實施例2(I)建立電泳淌度-離子強度線性回歸方程配制基準硝酸鉀溶液配置一系列摩爾濃度分別為O. Imol/L、0. 25mol/L、O. 50mol/L、0. 75mol/L、l. OOmol/L的硝酸鉀基準溶液，根據離子強度等于溶液中每種離子的摩爾濃度乘以該離子價數的平方所得諸項之和的一半，計算出基準硝酸鉀溶液的離子強度，該基準硝酸鉀溶液的離子強度與其摩爾濃度一致，分別為0.1m mol/L、0. 25m mol/L、0. 50m mol/L、0. 75m mol/L、L 00m mol/L。將上述的基準硝酸鉀溶液配制成基準微分散液滴乳液將十六烷(摩爾濃度為70X10_4mol/L)與丙酮按照質量百分比6 1000混合，得到分散性溶劑。將分散性溶劑超聲脫氣5分鐘，形成均相溶液。將分散性溶劑注入注射泵11中,將體積為分散性溶劑10倍的上述各個摩爾濃度的硝酸鉀溶液分別注入到注射泵12中，將具有分散性溶劑的注射泵11和多個具有不同摩爾濃度硝酸鉀溶液的注射泵12與多組錯流微通道混合器2的兩個入口相連通，在注射泵11和注射泵12的驅動下，分散性溶劑與具有一定摩爾濃度的硝酸鉀溶液在多組錯流微通道混合器2內混合，得到穩定的基準微分散液滴乳液。將微分散液滴乳液置入收集皿3內，用鹽酸調節微分散液滴乳液的pH為9，得到各個摩爾濃度的基準微分散液滴乳液，將基準微分散液滴乳液放入電場中，分別測定電泳淌度值，得到與一系列基準硝酸鉀溶液的離子強度相對應的一系列電泳淌度值。數據見表2。表 權利要求
1.一種測定物質離子強度的方法，其特征在于，包括以下步驟 通過液液微分散法將待測物質溶液制備為微分散液滴乳液； 將所述微分散液滴乳液送入電場中測定電泳淌度；以及 根據所述電泳淌度的數值得到所述微分散液滴乳液的離子強度。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述液液微分散法將所述待測物質溶液制備為所述微分散液滴乳液的步驟包括 將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量百分比I : 1000 6 1000的比例混合，得到分散性溶劑； 將所述分散性溶劑注入待測物質溶液中，攪拌；以及 調節PH值至6-9的范圍，制得所述微分散液滴乳液。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在將所述分散性溶劑注入所述待測物質溶液之前還包括對所述分散性溶劑進行超聲脫氣的步驟。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于， 所述親水性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一種或多種； 所述疏水性有機溶劑為己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、i^一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷、環壬烷、環癸烷、環i^一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一種或多種。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，根據所述電泳淌度的數值得到所述微分散液滴乳液的離子強度的步驟包括 將多個已知離子強度的待測物質溶液配制成基準微分散液滴乳液； 將所述基準微分散液滴乳液送入電場中測定其電泳淌度的數值；以及 根據所述離子強度的數值及所述電泳淌度的數值建立電泳淌度-離子強度線性回歸方程； 將待測的所述微分散液滴乳液送入電場中測定其電泳淌度的數值，根據所述線性回歸方程，得到所述離子強度。
6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，采用酸或堿調節所述pH值，所述酸為鹽酸、硫酸和硝酸組成的組中的一種或多種；所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述疏水性有機溶劑的摩爾濃度為5X 10 4mol/L 70 X 10 4mol/L。
8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述分散性溶劑與所述待測物質溶液的體積比為I : 1000 I : 10。
全文摘要
本發明公開了一種測定物質離子強度的方法。包括以下步驟通過液液微分散法將待測物質溶液制備為微分散液滴乳液；將微分散液滴乳液送入電場中測定電泳淌度；以及根據電泳淌度的數值得到微分散液滴乳液的離子強度。本發明為溶液離子強度的測定提供了一種準確且經濟、有效的方法，該測定方法操作簡單且經濟適用，避免了傳統的離子強度的測量過程中有量程限制的缺點。該方法適合應用于不同黏度體系的溶液，廣泛應用于石油、化工中溶液離子強度的測量。
文檔編號G01N27/447GK102706950SQ201210175418
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者吳勇, 吳月芳, 夏婷婷 申請人:中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司, 神華集團有限責任公司