[发明专利]一种离子跨膜迁移数跟踪检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电解质溶液技术领域，具体涉及一种测定离子迁移数、膜电位、电导率的装置及测定方法。

背景技术

在化学及电化学领域中，以简便可靠的测试手段测定电解质溶液中的离子迁移数、溶液电导率、电动势是大学物理化学重要的实验操作，对研究电解质溶液、电极过程动力学、化学电源、电解电镀过程以及生物化学反应等都具有重要作用。

目前主要的测定离子迁移数方法有：希托夫法、界面移动法、电动势法。希托夫法是常用、传统的测定离子迁移数方法，但需要加入金属库仑计来测量电解过程中通过被测电解质溶液的总电量，其操作复杂，容易产生误差。采用界面移动法测定时，观察的溶液界面容易模糊，导致迁移体积测量不准，使得迁移数测量不准确；另外，通电后由于作用产物层的形成，使电阻加大，电流会渐渐变小，难以精确控制电流大小不变。电动势法的计算公式比较复杂，需要具体情况具体分析。更重要的是，利用以上三种方法难于完成离子跨膜迁移数的测定。

目前仍未有一种简单、准确、综合性强的测定溶液体系中离子跨膜迁移数的方法及其装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电解质溶液中的离子迁移数、溶液电导率、电动势测定技术的不足，提供一种新的装置，可用于可测定膜两侧溶液电导率、膜电位、并通过相关换算得到离子跨膜迁移数，且可测定在外加电场的影响下的离子跨膜迁移数，研究薄膜的传输性能。同时，还可将测定溶液电导率、电动势、离子迁移数三个大学物理化学重要的实验操作结合于一体，具有很强的综合性。

本发明的另一个目的是提供应用上述装置进行离子迁移数、溶液电导率、电动势测定的方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种离子跨膜迁移数跟踪检测装置，包括贮液池、盖板、电极以及大、小隔板；

所述贮液池为长方体、圆柱体或者其他形状的容器；所述盖板设置于贮液池上，可采用螺栓固定连接或卡位固定连接等方式与贮液池连接。

大隔板设置于贮液池内，将所述贮液池分隔为左右对称两部分，相应地，盖板结构也左右对称。大隔板中心设有通孔，通孔的形状尺寸不做严格限定，但优选圆形的孔。

所述小隔板固定于大隔板一侧，小隔板中间位置设置有与大隔板通孔相适配的通孔，优选两隔板上大小形状相同的通孔，使用时在小隔板通孔中放置膜，用防水圈密封和固定膜后，两个隔板夹住薄膜和防水圈，所述防水圈用于固定膜且隔绝左右两贮液室溶液直接相通，膜两边的溶液中离子只能通过薄膜迁移。所述小隔板可通过螺母固定于贮液池中间大隔板上，大、小隔板厚度不做严格限定，隔板尺寸大小应保证隔断左右两贮液室的溶液。

所述膜可选用现有的各种选择性和非选择性薄膜，优选合成膜和天然膜等薄膜。目前，所述选择性和非选择性薄膜已被广泛应用在生物、化学、材料、医学等领域，具有物质分离、离子交换和固体电解质等功能。然而，应用薄膜进行离子跨膜迁移数跟踪检测的设计尚未见到技术报道。

所述电极包括一对钛电极和一对银/氯化银电极，本领域技术人员根据具体情况，也可以选择汞/氯化亚汞等电极代替银/氯化银电极。所述钛电极固定于贮液池左右两边池壁，优选钛电极形状为长方体薄片，在左右两边池壁上分别设置相应的插槽，钛电极分别固定于插槽中；

两个银/氯化银电极的一端分别固定于盖板中心附近两侧，另一端分别伸入隔板两侧极室中，银/氯化银电极的外形没有严格要求，优选细长的圆锥体，电极尖端与隔板上设置的膜于同一水平线上。

本发明中，盖板、贮液池、隔板、钛电极之间的连接均可采用螺栓固定连接或卡位固定连接，也可以采用本领域其他常规连接方式。

优选地，盖板、贮液池和隔板均采用透明材料制作，例如有机玻璃等。

本发明同时提供一种离子跨膜迁移数跟踪检测方法，包括以下步骤：

(1)构建上述离子跨膜迁移数跟踪检测装置；

(2)将薄膜放于小隔板通孔中，盖上防水圈，将小隔板固定于贮液池中间大隔板上，使薄膜处于两个隔板中间；

(3)在贮液池左右两贮液室各加入浸没薄膜的电解液；测定电解液电导率；

(4)盖上盖板，将电导率仪电极插入电导率仪电极插槽；

(5)将两个银/氯化银电极与电动势测定装置连接；

(6)将钛电极与外电场两极连接；

(7)测定并计算。

利用已测得的溶液电导率，根据电导率与浓度的关系换算得到两贮液室溶液浓度变化；由已测得溶液浓度、膜电位，由能斯特方程换算即可得到离子迁移数。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：