СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1998 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к области аналитической электрохимии, и может быть использовано при определении свойств грунтов, горных пород, строительных материалов, а также свойств поверхностей раздела фаз.

В основном, известные в настоящее время способы определения потенциала поверхности (см., например, Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. - М.: Химия, 1982, с. 25-30) представляют собой расчетные методы. Точность их не высока.

Известно также определение потенциала на границе раздела фаз (т.е. потенциала поверхности раздела фаз) согласно которому (Химия. Справочное руководство/Пер. с немецкого, под ред. Гаврюченкова Ф.Г. и др. - Л.: Химия, 1975 , с. 493), потенциал поверхности может быть выражен соотношением
Δϕ = Δψ+Δκ,
где
Δϕ - потенциал поверхности раздела фаз;
Δψ - внешняя разность потенциалов;
Δκ - поверхностная разность потенциалов,
причем Δϕ можно измерить, а Δκ измерять нельзя. Поэтому Δκ считают величиной постоянной и при определении потенциала поверхности учитывают только измеренную в эксперименте величину Δψ. Точность такого определения не велика, получить абсолютное значение потенциала поверхности невозможно.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке прямого способа измерения потенциала поверхности.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в повышении точности определения потенциала поверхности, что позволит реально использовать метод при оценке горных пород, грунтов, геохимических исследованиях, а также при оценке строительных материалов.

При определении потенциала поверхности готовят два электрода второго рода, в частности, хлорсеребряных. Для этого их тщательно промывают, заполняют раствором одного и того же электролита и проверяют величины электрического потенциала обоих электродов относительно одного и того же электрода сравнения. Если значения потенциалов равны, то электроды пригодны для определения потенциала поверхности. Помещают образец, контролируемая поверхность которого очищена от загрязнений в диэлектрический, желательно, прозрачный сосуд и покрывают контролируемую поверхность слоем диэлектрической жидкости, взаимно совместимой с используемым электролитом, в частности, дименирализованной воды. Толщина слоя жидкости должна заведомо превышать зону действия заряда поверхности. Заполняют электроды одинаковым электролитом, подключают их к регистрирующему прибору и опускают в диэлектрическую жидкость, причем один электрод опускают до контакта с поверхностью, а второй оставляют заведомо вне зоны действия поверхности. Заполняют электроды одинаковым электролитом подключают их к регистрирующему прибору и опускают в диэлектрическую жидкость, причем один электрод опускают до контакта с поверхностью, а второй оставляют заведомо вне зоны действия поверхностного заряда. Величина потенциала между электродами характеризует величину потенциала поверхности.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим образом.

Образец горной породы тщательно измельчают, отбирают фракцию размером менее 0,1 мм, на чистую диэлектрическую поверхность любым известным способом (в том числе и посредством клеящего слоя) закрепляют отобранную фракцию горной породы.

Подготавливают, как было описано выше, два электрода второго рода, так, чтобы их потенциалы были равными по отношению, например, стеклянного электрода. Жестко соединяют эти три электрода между собой. Пара электродов из одного электрода второго рода, например, хлорсеребряного и стеклянного, находится на расстоянии (5-10) мм выше по отношению кончика капилляра нижнего электрода второго рода. Систему из 3-х электродов помещают до упора с исследуемой поверхностью. При изучении процессов поверхностей гидратации в химический стаканчик, бюкс, наливают водный раствор вещества, взаимодействие с которым требуется изучить, либо деионизированную воду. Воду или раствор можно залить либо тщательно по стеночке, либо в воду поместить пробу и затем до упора с ней подобранную систему электродов.

На чувствительность измерений взаимно влияют скорость истечения электролита из электрода сравнения и скорость выхода ионов из решетки исследуемого объекта (горной породы, таблетки, травы, грунта, строительного материала, кожи, пластмассы и т.п.), а также процессы сорбции, хемосорбции, гидратации и др. Концентрацией и скоростью вытекания электролита из электрода второго рода подбирают оптимальную чувствительность на данном объекте. Концентрация составляет, например, для хлорсеребряного электрода (0,1 - 1,0)М. Чувствительность можно регулировать соотношением объема жидкости, весового количества и площади пробы.

После погружения системы электродов в жидкость регистрируют динамику изменения (кинетику) или формирования потенциала поверхности. В случае регистрации потенциометром в режиме pH-метра (ЭВ-74 или И-130) одновременно регистрируют изменения pH на расстоянии от исследуемой поверхности, на котором закреплен стеклянный электрод.

Горные породы можно изучать по плоскостям спайности, разрывая по ним породу.

Таблетки можно изучать в готовом виде в зависимости, например, от сырья, технологии, конкретного оборудования и наполнителей.

Например:
1. Потенциал поверхностной гидратации для таблетированных форм активированного угля различных производителей и некоторых энтерсорбентов, в отн. ед. pH, равны:
Пермь - 0,76
Дарница-Киев - 0,9
Курск - 1,0
Ирбитский - 1,1
Мезим-форте - 0,9
Витабиос-Bs - 0,9
Энзистал - 0,35
2. Эти же характеристики для подготовленных образцов грунта при поиске газовых месторождений на малининском участке Краснодарского края (П "Кубаньгазпром") колеблются в пределах от +20 до -60 в одних и тех же относительных единицах для всего объема совокупных проб, указывая на направленность газовой залежи.

Использование: изобретение относится к области аналитической химии, а именно к области аналитической электрохимии, и может быть использовано при анализе грунтов, пород, строительных материалов и т.д. Сущность изобретения: отбирают два идентичных электрода второго рода. Помещают образец с исследуемой поверхностью в диэлектрический сосуд, заполняют сосуд диэлектрической, совместимой с электролитом в электродах жидкостью. Заполняют электроды одинаковым электролитом, подключают к регистрирующему прибору. Погружают электроды в диэлектрическую жидкость, причем первый погружают до контакта с контролируемой поверхностью, а второй оставляют вне зоны действия поверхностного заряда. По разности потенциалов между электродами судят о потенциале поверхности. Технический результат заключается в повышении точности определения потенциала поверхности.

Способ определения потенциала поверхности, отличающийся тем, что предварительно отбирают два идентичных электрода второго рода, помещают образец с исследуемой поверхностью в диэлектрический сосуд, заполняют сосуд диэлектрической жидкостью до высоты, заведомо превышающей зону действия поверхностного заряда образца, заполняют оба электрода одинаковым электролитом, подключают их к регистрирующему прибору и погружают в диэлектрическую жидкость, взаимно совместимую с электролитом, причем один электрод погружают до контакта с контролируемой поверхностью, а другой оставляют вне зоны действия поверхностного заряда и по величине разности потенциалов между электродами судят о величине потенциала поверхности.