专利名称：测定物质离子强度的方法
技术领域：
本发明涉及化学工程技术领域，具体而言，涉及一种测定物质离子强度的方法。
背景技术：
离子强度是衡量溶液中存在的离子所产生的电场强度的量度，溶液中离子的浓度越大，离子所带的电荷数目越多，离子与其他离子之间的作用越强，离子强度越大。当前溶液的离子强度一般是采用电化学传感器然后通过膜电势来测定溶液中离子的活度或浓度，当电化学传感器和待测离子的溶液接触时，在它的敏感膜和溶液的相界面上产生与该 离子活度直接相关的膜电势。测定离子强度的选择性电极也称膜电极，这类电极有一层特殊的电极膜，电极膜对特定的离子具有选择性响应，电极膜的电位与待测离子含量之间的关系符合能斯特公式。离子选择性电极具有选择性好、平衡时间短的特点。然而，上述测定方法存在一些缺点，主要包括以下五个方面(I)测定离子强度的选择性电极往往只针对一种主要离子产生响应，会受到其它离子，如带有相同或相反电荷离子的干扰；(2)以电势对离子活度的对数作图，可得一条直线。实际上，当活度很低时，由于电极膜物质本身的溶解以及离子干扰的影响等，校正曲线明显弯曲，在采用离子缓冲液时，电极的线性响应范围可大大扩展，但是这造成外源物质的引入，最终造成溶液中离子强度的误差；(3)理论计算表明，对于一价离子，I毫伏的测量误差会导致产生±4%的浓度相对误差。离子价态增加，误差也成倍增加，电极在不同浓度范围具有不同的准确度，因此它较适用于低价态组分的测定；(4)电极的响应速度是判断电极能否用于连续自动分析的重要参数，膜电极响应较慢，通常从几秒到几分钟，特别是在高浓度条件下，电极达到稳定状态需要较长时间；(5)高黏度或高分子的溶液使用离子选择性电极无法及时准确获得结果O此外，由于影响离子强度的因素有很多，所以在现有技术的离子强度测量过程中，会有很多对离子强度最终的测量结果产生影响，特别是使用了一些缓冲液用于稳定被测体系，因此，要考虑缓冲液成分对离子强度的影响；离子选择性电极只对一种离子的价态有较好的响应性，需要考虑离子价态对离子强度测量的影响；对于电离型的大分子溶液离子强度的测量目前还没有适用的电极出现；对于高浓度的溶液，被测离子强度需要在一定时间内才能获得较为稳定的数值。因此，为了快速和准确获得待测液体的离子强度，往往需要经过大量实验，筛选各种实验条件，造成了时间、人力成本的浪费。所以目前迫切需要出现一种能够准确、经济有效地测定离子强度的方法。液液微分散法制备微分散液滴是近几年出现的一种制备尺寸均一且可控的液滴的有效方法，目前液液微分散法制备的微分散液滴都只是将其应用于物质含量的检测或者用于纳米颗粒和微球的制备等方面。

发明内容
本发明旨在提供一种测定物质离子强度的方法，以解决现有技术的离子强度在测定过程中存在的离子强度误差大、时间长等技术问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种测定物质离子强度的方法，包括以下步骤通过液液微分散法将待测物质溶液制备为微分散液滴乳液；将微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的离子强度。进一步地，液液微分散法将待测物质溶液制备为微分散液滴乳液的步骤包括将疏水性有机溶剂与亲水性有机溶剂按照质量百分比I : 1000 6 1000的比例混合，得到分散性溶剂；将分散性溶剂注入待测物质溶液中，搅拌；以及调节PH值至6-9的范围，制得微分散液滴乳液。进一步地，在将分散性溶剂注入待测物质溶液之前还包括对分散性溶剂进行超声脱气的步骤。 进一步地，亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种； 进一步地，疏水性有机溶剂为己烷、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、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、环i^一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一种或多种。进一步地，根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的离子强度的步骤包括将待测物质溶液配制成多个已知离子强度的基准微分散液滴乳液；将基准微分散液滴乳液送入电场中测定其电泳淌度的数值；以及根据离子强度的数值及电泳淌度的数值建立电泳淌度-离子强度线性回归方程；将待测的微分散液滴乳液送入电场中测定其电泳淌度的数值，根据线性回归方程，测得离子强度。进一步地，采用酸或碱调节pH值，酸为盐酸、硫酸和硝酸组成的组中的一种或多种；碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。进一步地，疏水性有机溶剂的摩尔浓度为5X 10_4mol/L 70 X 10_4mol/L。进一步地，分散性溶剂与待测物质溶液的体积比为I : 1000 I : 10。本发明通过液液微分散法制备微分散液滴乳液，在电场作用下测定微分散液滴乳液的电泳淌度，根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的离子强度。本发明为溶液离子强度的测定提供了一种准确且有效的方法，该测定方法操作简单且经济适用，避免了传统的离子强度测量过程中有量程限制的缺点。可以应用于不同黏度体系的溶液，如石油和化工中溶液离子强度的测量。


构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I示出了根据本发明典型实施例的采用具有多组错流微通道的混合器2来制备微分散液滴乳液的流程结构示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。电泳是指带电颗粒或液滴在电场的作用下发生迁移的过程，不仅一些无机溶液可以进行电泳，其他的生物分子，如氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸和核酸等都具有可电离基团，它们在某个特定的PH值下可以带正电或负电，在电场的作用下，这些带电颗粒或液滴会向着与其所带电荷极性相反的电极方向移动。电泳技术就是在电场的作用下，利用样品中各种颗粒或液滴带电性质、本身大小及形状等性质的差异，使带电分子或颗粒产生不同的迁移速度。
电泳淌度是单位场强下离子的平均电泳速度，因为电泳速度与外加电场强度、溶液的属性以及待测液滴的性质有关，所以在电场中常用淌度而不用速度来表征荷电离子的电泳行为和特性，还可以使用电泳淌度来表征液滴的表面特性。最重要的是电泳淌度的数值与待测溶液中离子强度的大小相关，在一定PH条件下，电泳淌度数值越小，待测溶液中离子强度越大；反之，电泳淌度数值越大，待测溶液中离子强度越小，并且两者呈对数线性关系。根据本发明的一种典型实施方式，测定物质离子强度的方法包括以下步骤通过液液微分散法将待测物质溶液制备为微分散液滴乳液；将微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的离子强度。本发明通过液液微分散法制备微分散液滴乳液，在电场作用下测定微分散液滴乳液的电泳淌度，根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的离子强度。本发明为溶液离子强度的测定提供了一种准确且有效的方法，该测定方法操作简单且经济适用，避免了传统的离子强度测量过程中有量程限制的缺点，可以应用于不同黏度体系的溶液，如石油和化工中溶液离子强度的测量。液液微分散法制备的微分散液滴具有尺寸均一且可控等优点，原理是通过溶质在两相之间的溶解度差，将溶质富集于油相中。一般微分散液滴的制备主要采用高速均化法、膜分散法或搅拌法等，采用上述方法制备微分散液滴所需的设备都较为复杂且耗费时间较长。根据本发明的一种优选实施方式，液液微分散法将待测物质溶液制备为微分散液滴乳液的步骤包括将疏水性有机溶剂与亲水性有机溶剂按照质量百分比I : 1000
6 1000的比例混合，得到分散性溶剂；将分散性溶剂注入待测物质溶液中，搅拌；调节pH值至6 9的范围，制得微分散液滴乳液。将疏水性有机溶剂与亲水性有机溶剂按照质量百分比I : 1000 6 1000的比例混合，该比例混合能够得到分散性较好的分散性溶剂；另外在较高或较低的PH条件下测量电泳淌度可能会由于电泳淌度的数值较大而极易超出仪器的测量范围，无法进行准确测定。优选将PH调节在6 9的范围内，能够得到更准确的电泳淌度值。制备时可以将分散性溶剂直接注入盛放有待测溶液的收集皿3中，此种制备方法操作简单方便。另外，还有其他的混合方式，比较典型的如图I所示，图I示出了采用具有多组错流微通道混合器来制备微分散液滴乳液的流程结构示意图。从图I可以看出，将亲水性溶剂与疏水性溶剂混合后形成的分散性溶剂装入一个注射泵11中，将待测溶液装入另一个注射泵12中，在注射泵11和注射泵12的驱动下，分散性溶剂与待测溶液在多组错流微通道混合器2中混合，形成液滴，液滴继续向前流入收集皿3中，最后到达电泳测量池4，在一定电压下测量其运动速率。由于两种有机溶剂在 待测溶液中的亲疏水性质不同，利用液液溶解度差及微流体分散耦合的技术，亲水性溶剂很快溶于待测物质溶液的水中，而疏水性溶剂快速析出，形成粒径均一的乳液。现有技术中采用微流体技术制备微分散液滴乳液的技术已较为成熟，但是现有技术中的分散方法只利用了错流作用力，形成微分散液滴，而没有充分利用微流体设备传质速率高的优点进行微分散的液滴的制备。本发明采用图I所示的多组错流微通道混合器，充分利用微流体设备传质速率高的优点，得到了分散均匀的微分散液滴乳液。此处的微流体设备是指注射泵11和注射泵12、多组错流微通道混合器2和收集皿3。本发明的微分散液滴乳液的制备操作比较简单，不需要大型设备仪器，因而设备所需的费用极低，操作时只需利用注射泵11和注射泵12就可以将分散性溶剂快速注入待测溶液中。制备过程时间较短，只需要I秒钟，所制备的液滴大小均一且可控，粒径分布窄，变异系数值小。此外，该方法还可用于测定具有多种价态的溶液离子强度以及离子型高分子溶液的离子强度。根据本发明的一种优选实施方式，在将分散性溶剂注入待测物质溶液之前还包括对分散性溶剂进行超声脱气的步骤。由于在整个微分散液滴乳液的制备过程中均采用氮气气氛进行保护，超声脱气保证了保护气氛的纯度。将超声脱气后得到的分散性溶剂利用注射泵11和注射泵12的压力快速注入到盛有待测物质溶液的收集皿3中，形成稳定的乳液，所有操作时间控制在I秒钟内完成。该过程中既利用了液液两相溶解度差形成液滴，也利用了微流体设备传质速率高进一步强化分散过程。在实际操作中，一般先用超纯水和乙醇将收集皿3和电泳测量池4反复清洗三次，然后自然晾干。将微分散液滴乳液送入电泳测量池4中，在电场的作用下微分散液滴乳液朝着与液滴所带电荷极性相反的方向移动，液滴所带电荷数量越多，移动速度越快。在操作时保持仓内温度恒定在室温，激光强度自动调节，每种微分散液滴乳液测量三次，取均值。根据本发明的一种典型实施方式，亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种；疏水性溶剂为己烷、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、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、环十一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一种或多种。本发明优选但并不局限于上述亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂，只要两者混合能形成均相溶液即可。本发明优选上述亲水性溶剂和疏水性溶剂是考虑到亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂相互之间的溶解度，上述的亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂相互混合具有获得和测试方便的优势。根据本发明的一种优选实施方式，根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的离子强度的步骤包括将待测物质溶液配制成多个已知离子强度的基准微分散液滴乳液；将基准微分散液滴乳液送入电场中测定其电泳淌度的数值；以及根据离子强度的数值及电泳淌度的数值建立电泳淌度-离子强度线性回归方程；将待测的微分散液滴乳液送入电场中测定其电泳淌度的数值，根据线性回归方程，测得离子强度。一般将待测物质溶液配置成离子强度具有一定梯度的基准微分散液滴乳液，其中离子强度等于溶液中每种离子的质量摩尔浓度乘以该离子价数的平方所得诸项之和的一半，电泳淌度-离子强度线性回归方程主要取决于亲水性有机溶剂，即不同的亲水性有机溶剂对应于不同的电泳淌度-离子强度线性回归方程，如采用相同的亲水性有机溶剂作为分散剂，则可以采用同一个电泳淌度-离子强度线性回归方程。根据本发明的一种典型实施方式，采用酸或碱调节pH值，酸为盐酸、硫酸和硝酸组成的组中的一种或多种；碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。本发明优选但并不局限于上述的酸和/或碱。优选地，疏水性有机溶剂的摩尔浓度分别为5X 10_4mol/L 70 X 10_4mol/L，将疏水性有机溶剂的摩尔浓度控制在上述范围内是因为该摩尔浓度下的疏水性有机溶剂具有与亲水性有机溶剂混合效果较好，具有获得和测试方便的优势。进一步优选地，分散性溶剂与待测溶液的体积比为I : 1000 I : 10。将分散性溶剂与待测溶液的体积比控制在上述范围内混合可以得到分散性较好的微分散液滴乳液， 便于测试。采用本发明的方法测量离子强度适用范围较广，待测溶液既可以是无机溶液，又可以是有机溶液，如可以准确地测定高分子溶液及不同粘度体系的溶液等；该测定方法不仅可以用来准确地测定一种价态的离子溶液，还可以准确地测量含有阴、阳离子为二价离子、三价离子及高价离子的多种价态的离子溶液。下面结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果实施例I(I)建立电泳淌度-离子强度线性回归方程配制基准氯化钾溶液配置一系列摩尔浓度分别为O. Im mol/L、0.25m mol/L、O. 50mmol/L、0. 75m mol/L、I. OOm mol/L的氯化钾基准溶液,根据离子强度等于溶液中每种离子的摩尔浓度乘以该离子价数的平方所得诸项之和的一半，计算出基准氯化钾溶液的离子强度，该基准氯化钾溶液的离子强度与其摩尔浓度一致，分别为0. Im mol/L、0.25mmol/L、0. 50mmol/L、0. 75m mol/L、L OOm mol/L。将上述基准氯化钾溶液配制成基准微分散液滴乳液将十二烷(摩尔浓度为5X10_4mol/L)与甲醇按照质量百分比I : 1000混合，得到分散性溶剂。将分散性溶剂超声脱气5分钟，形成均相溶液。将分散性溶剂注入注射泵11中,将体积为分散性溶剂1000倍的上述各个摩尔浓度的氯化钾溶液分别注入到注射泵12中，将具有分散性溶剂的注射泵11和多个具有不同摩尔浓度氯化钾溶液的注射泵12与多组错流微通道混合器2的两个入口相连通，在注射泵11和注射泵12的驱动下，分散性溶剂与具有一定摩尔浓度的氯化钾溶液在多组错流微通道混合器2内混合，得到稳定的基准微分散液滴乳液，上述操作均快速完成。将微分散液滴乳液置入收集皿3内，用盐酸调节微分散液滴乳液的pH为6，得到各个摩尔浓度的基准微分散液滴乳液，将基准微分散液滴乳液放入电场中，分别测定电泳淌度值，得到与一系列基准氯化钾溶液的离子强度相对应的一系列电泳淌度值。数据见表I。表I
电泳淌度(Cin2V^)-3. 13 -2.65~ -2. 15 -1.89~ -I. 70
离子强度 On mol/L)07Τ0 025 050 075 700~根据电泳淌度值与对应的离子强度值绘制出曲线图，并建立电泳淌度-离子强度线性回归方程。
(2)将待测物质溶液制备为微分散液滴乳液，并测出电泳淌度值将十二烷(摩尔浓度为5X10_4mol/L)与甲醇按照质量百分比I : 1000混合，得到分散性溶剂。将分散性溶剂超声脱气5分钟，形成均相溶液。将分散性溶剂注入注射泵11中，将体积为分散性溶剂1000倍的待测氯化钾溶液注入注射泵12中，注射泵11和注射泵12分别与多组错流微通道混合器2的两个入口相连通，在注射泵11和注射泵12的驱动下，分散性溶剂与氯化钾溶液在多组错流微通道混合器2内混合，得到稳定的微分散液滴乳液，上述操作均在快速完成。将微分散液滴乳液置入收集皿3内，用盐酸调节微分散液滴乳液的pH为6，之后送入电泳测量池4的仓内，保持仓内温度恒定为室温，激光强度自动调节，样品均测量三次，取液滴电泳淌度值的平均值。(3)测量待测物质溶液的离子强度将步骤⑵中得到的待测物质溶液的电泳淌度-3. Ucm2v-1S-1代入线性回归方程y = exp (I. 582x+2. 713)，得到该待测物质溶液的离子强度为O. 10。 实施例2(I)建立电泳淌度-离子强度线性回归方程配制基准硝酸钾溶液配置一系列摩尔浓度分别为O. Imol/L、0. 25mol/L、O. 50mol/L、0. 75mol/L、l. OOmol/L的硝酸钾基准溶液，根据离子强度等于溶液中每种离子的摩尔浓度乘以该离子价数的平方所得诸项之和的一半，计算出基准硝酸钾溶液的离子强度，该基准硝酸钾溶液的离子强度与其摩尔浓度一致，分别为0.1m mol/L、0. 25m mol/L、0. 50m mol/L、0. 75m mol/L、L 00m mol/L。将上述的基准硝酸钾溶液配制成基准微分散液滴乳液将十六烷(摩尔浓度为70X10_4mol/L)与丙酮按照质量百分比6 1000混合，得到分散性溶剂。将分散性溶剂超声脱气5分钟，形成均相溶液。将分散性溶剂注入注射泵11中,将体积为分散性溶剂10倍的上述各个摩尔浓度的硝酸钾溶液分别注入到注射泵12中，将具有分散性溶剂的注射泵11和多个具有不同摩尔浓度硝酸钾溶液的注射泵12与多组错流微通道混合器2的两个入口相连通，在注射泵11和注射泵12的驱动下，分散性溶剂与具有一定摩尔浓度的硝酸钾溶液在多组错流微通道混合器2内混合，得到稳定的基准微分散液滴乳液。将微分散液滴乳液置入收集皿3内，用盐酸调节微分散液滴乳液的pH为9，得到各个摩尔浓度的基准微分散液滴乳液，将基准微分散液滴乳液放入电场中，分别测定电泳淌度值，得到与一系列基准硝酸钾溶液的离子强度相对应的一系列电泳淌度值。数据见表2。表 权利要求
1.一种测定物质离子强度的方法，其特征在于，包括以下步骤 通过液液微分散法将待测物质溶液制备为微分散液滴乳液； 将所述微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及 根据所述电泳淌度的数值得到所述微分散液滴乳液的离子强度。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述液液微分散法将所述待测物质溶液制备为所述微分散液滴乳液的步骤包括 将疏水性有机溶剂与亲水性有机溶剂按照质量百分比I : 1000 6 1000的比例混合，得到分散性溶剂； 将所述分散性溶剂注入待测物质溶液中，搅拌；以及 调节PH值至6-9的范围，制得所述微分散液滴乳液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述分散性溶剂注入所述待测物质溶液之前还包括对所述分散性溶剂进行超声脱气的步骤。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种； 所述疏水性有机溶剂为己烷、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、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、环i^一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述电泳淌度的数值得到所述微分散液滴乳液的离子强度的步骤包括 将多个已知离子强度的待测物质溶液配制成基准微分散液滴乳液； 将所述基准微分散液滴乳液送入电场中测定其电泳淌度的数值；以及 根据所述离子强度的数值及所述电泳淌度的数值建立电泳淌度-离子强度线性回归方程； 将待测的所述微分散液滴乳液送入电场中测定其电泳淌度的数值，根据所述线性回归方程，得到所述离子强度。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用酸或碱调节所述pH值，所述酸为盐酸、硫酸和硝酸组成的组中的一种或多种；所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述疏水性有机溶剂的摩尔浓度为5X 10 4mol/L 70 X 10 4mol/L。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分散性溶剂与所述待测物质溶液的体积比为I : 1000 I : 10。
全文摘要
本发明公开了一种测定物质离子强度的方法。包括以下步骤通过液液微分散法将待测物质溶液制备为微分散液滴乳液；将微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的离子强度。本发明为溶液离子强度的测定提供了一种准确且经济、有效的方法，该测定方法操作简单且经济适用，避免了传统的离子强度的测量过程中有量程限制的缺点。该方法适合应用于不同黏度体系的溶液，广泛应用于石油、化工中溶液离子强度的测量。
文档编号G01N27/447GK102706950SQ201210175418
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者吴勇, 吴月芳, 夏婷婷 申请人:中国神华煤制油化工有限公司, 中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司, 神华集团有限责任公司