测量模拟土体zeta电位的简易流动电位装置及其使用方法

2021-01-13 00:00:00

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采用流动电位法测量石英砂和包铁石英砂zeta电位，操作过程大致如下：

本研究开展了以下试验内容，以对流动点位装置测定结果的准确性和可靠性进行验证：

1）流动电位法测量。首先建立好液面刻度与ΔP间的关系曲线。然后测量了石英砂在不同浓度电解质溶液中考虑表面电导和未考虑表面电导时的zeta电位。所用不同浓度电解质溶液为0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、2.0和5.0mmol·L–1NaCl溶液，各溶液的电导率分别为2.65、7.16、14.3、59.3、113、223和501μS·cm–1，各溶液的pH分别为5.5、6.1、5.8、5.8、6.0、6.2和5.9。最后测量了石英砂和包铁石英砂在不同pH电解质溶液中考虑表面电导时的zeta电位。不同pH电解质溶液的配制方式为先用0.1mol·L–1的NaOH或HCl将纯水调至不同的pH，然后加入0.1mol·L–1NaCl溶液将电导率均调至20μS·cm–1，再用pH计精确测量不同溶液的pH。这些电解质溶液的pH依次为4.4、5.2、6.1、6.6、6.9、7.7和8.0。所有试验均进行了三次重复测定。

2）电泳法测量。为与流动电位法的测定结果进行比较，采用基于电泳原理的商品化流动电位测量仪（ZetaPlus，美国布鲁克海文）测定石英胶体在不同pH电解质溶液中的zeta电位。将过300目筛的石英砂配制成浓度为500mg·L–1的悬液并超声分散10min；再用0.1mol·L–1的NaOH或HCl将悬液调至不同的pH，加入0.1mol·L–1NaCl溶液将电导率均调至20μS·cm–1；通入N2以防止空气中CO2干扰，并将悬液静置一夜以沉降非胶体颗粒；采用zeta电位仪测定上部悬液中石英胶体的zeta电位，再用pH计精确测量不同溶液的pH，所测悬液的pH分别为4.3、4.7、5.3、6.1、6.4、7.7和8.0。

采用Excel2016软件和SPSS22.0软件对数据进行统计分析和作图。文中数据表示方式为均值±标准差。

采用自制流动电位装置准确测定了石英砂和包铁石英砂在不同电解质溶液中的zeta电位。离子强度的增加导致了石英砂的双电层厚度受到压缩，测得的zeta电位绝对值逐渐降低。随着电解质溶液pH升高，石英砂和包铁石英砂表面官能团发生去质子化作用而使测得的zeta电位均往负值方向移动。包被氢氧化铁后能对石英砂表面的电荷特征起到较好的修饰效果，使同一pH条件下测得的包铁石英砂的zeta电位大于石英砂。采用流动电位法测得不同pH电解质溶液中石英砂zeta电位与常规电泳法的测定结果具有较好的一致性。本研究中自制流动电位测量装置的电解质溶液基于重力驱动，仪器装置结构简单、模块化设计、价格低廉，可进一步应用于土壤化学研究之中。

THE END