[发明专利]一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法与应用

说明书

本发明公开了一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法与应用。利用染料指示剂和漫透射光谱法测试土壤矿物表面pH的方法，实现了对土壤固体表面酸碱性质的定量测试，成功并准确地实现了土壤矿物表面pH的测定，解决了现有技术中用悬浊液pH表示土壤矿物在实际环境中的pH不准确等技术问题，同时显著提高了固体表面pH的精确度，且更为直观。除烘干操作外，本发明的其余步骤在普通环境下操作即可，测试条件要求低，操作简单，成本低。本发明适应性强，可广泛应用于各类土壤矿物，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于土壤分析技术领域，特别涉及一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法与应用。

背景技术

土壤酸化是十分严重且分布广泛的全球性问题。我国土壤酸化日益严重，造成土壤Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺等盐基性养分离子大量淋失，H⁺、铝和镉等毒性元素浓度增加、活性增强，严重影响了当地农业生产和生态平衡。酸沉降、不合理的农业措施等人为因素是造成土壤酸化主要原因，而不同土壤因矿物组成、理化性质的不同对酸化产生不同程度的影响。酸性强度可以用pH定义，对于土壤pH的测定，传统方法普遍采用悬浊液pH表示，但因其受矿物浓度、溶解性和颗粒等影响，不能准确表示矿物真实微环境下的pH。此外，除了部分淹水稻田土壤，大部分土壤都是处于干水状态。采用水浸泡测试pH的方法往往会发生复杂的表面反应，从而影响土壤的酸碱性质，所以悬液pH测试方法不能真实体现土壤的酸碱性质。因此，需要继续开发能够真实体现土壤矿物酸碱性质的测试方法。

表面酸性是矿物重要表面性质之一，它在矿物表面的吸附、催化及颜色反应等方面起着重要的作用。固体表面酸常被描述为微环境pH、表面pH、等量pH_eq，或者使用Hammett酸函数。固态pH不能用溶液定义的方法定义，而且并没有普遍接受的标准方法。

根据的酸碱理论，固体表面酸性是固体表面提供质子的能力。Walling提出固体的表面酸性强度可通过具不同pKa值的一系列指示剂在吸附后的颜色变化进行测定。固体的酸强度就是将有机碱变成其共轭酸的能力。因此，该思路建立了固体表面酸碱测试的方法原则。然而，其局限是，大多固体酸的活度系数是不清楚的，所以固体的酸度函数的定义在热力学上并不确切，只能通过“比色法”确定其酸碱范围，其结果只是半定量的。

专利文献CN104111255A公开了基于酸碱指示剂吸收光谱的pH的检测方法，将酸碱指示剂和光谱方法进行结合，其中，酸碱指示剂分子包括甲基红、酚酞类指示剂、磺代酚酞类指示剂和偶氮化合物类；但该现有技术的检测对象为检测工业废水及其他流体pH值，无法解决固体表面酸性检测的技术问题。此外，郭大伦(中南林业学院学报1987(1):98-101)和张献义(土壤学报，1979(2):184-189)也分别用单一和混合指示剂测定了土壤pH，但测量得到的仍是悬浊液pH不能真实表示土壤表面pH。

普通的紫外可见分光光度计一般用于测定溶液颜色变化，要想测定固体表面指示剂颜色变化，则需要配备积分球以获得漫反射光谱。积分球的作用是将光通量测量转变为照度测量，进入积分球的光通量被球内表面多次漫反射后，在内表面上形成均匀的照度，通过测量内表面照度，求得被测试样的反射光谱。在普通紫外可见分光光度计上配备积分球就可以实现对固体样品光谱图的获取。