1.物质表面性质参数分析系统,其特征在于:包括样品处理装置和检测系统,所述样品处理装置包括:样品容纳装置(11),用以容纳被测物及液体;以及进液管(12)和出液管(13),所述出液管(13)与样品容纳装置(11)底部连通,进液管(12)与样品容纳装置(11)连通;所述出液管(13)与恒流泵连接;
所述样品容纳装置(11)内还设有搅拌装置(15);
所述检测系统包括:
离子活度检测装置,用于检测样品容纳装置(11)中溶液的氢离子及指示电解质的二价金属阳离子和一价金属阳离子的活度;
所述离子活度检测装置包括设置在样品容纳装置(11)内的检测电极(16),还包括毫伏计(22)和离子活度运算器,所述毫伏计(22)的输入端与所述检测电极(16)连接,输出端与离子活度运算器连接,离子活度运算器接收毫伏计(22)检测的电位数据,转换为离子活度数据并输出给离子浓度运算模块(26);以及数据处理装置,接收离子活度检测装置的检测结果,分析被测物表面参数,具体包括:离子浓度运算模块(26),根据接收离子活度检测装置的检测结果,运算出平衡离子浓度值;以及表面参数运算模块(27),接收离子浓度运算模块(26)运算出的离子浓度值,并根据离子浓度值运算出被测物表面电位。
2.如权利要求1所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述表面参数运算模块(27)还根据被测物表面电位,运算出被测物比表面积、表面电荷密度、表面电场强度,并根据表面电荷密度和比表面积运算出电荷总 量。
3.如权利要求1或2所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述活度运算器是通过如下方法把毫伏计检测到的电位值转换成各离子活度值:将各离子用已知活度的标准溶液标定后,利用Nernst方程在活度运算器中得到待测液各离子活度值。
4.如权利要求3所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述检测电极为+ 2+ + 2+ +“H-A -B”复合电极,其中A 为二价金属离子,B 为一价金属离子。
5.如权利要求4所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述检测电极为+ + 2+ + + 2+“H-K-Ca ”复合电极,所述离子浓度运算模块为“H、K 和Ca ”浓度运算模块(26);所述+ + 2+ +毫伏计(22)为3个,3个毫伏计(22)的输入端分别与“H-K-Ca ”复合电极中的H 电极、+ 2+ +K 电极和Ca 电极的输出端连接,3个毫伏计(22)的输出端分别与pH运算器(23)、K 活
2+ +
度运算器(24)和Ca 活度运算器(25)的输入端连接,pH运算器(23)、K 活度运算器(24)
2+ + + 2+ + 2+ +
和Ca 活度运算器(25)分别运算出H、K 和Ca 的活度后,输出到“H、Ca 和K”浓度运算模块(26);
所述检测系统还包括温度探头(14),所述温度探头(14)设置在样品容纳装置(11)内;
还包括电子测温计,所述电子测温计的输入端与温度探头(14)连接,输出端分别与pH运算+ 2+ + 2+ +器(23)、K 活度运算器(24)、Ca 活度运算器(25)、“H、Ca 和K”浓度运算模块(26)和表面参数运算模块(27)的输入端连接。
+ 2+ +
6.如权利要求5所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述“H、Ca 和K”+ 2+ +浓度运算模块(26)通过如下方法运算出K、Ca 和H 的浓度:+ 2+
将pH运算器(23)、K 活度运算器(24)和Ca 活度运算器(25)所得的活度值作为各离子浓度的初始值,通过以下步骤进行迭代运算:
1)通过以下式运算,得到溶液的离子强度:
+
式中Ii是第i次迭代时的离子强度,单位mol/l, 是第i次迭代时的H 浓度, 是+ 2+第i次迭代时的K 浓度, 是第i次迭代时的Ca 浓度;
+ 2+ +
2)根据离子强度,通过下式计算得到第i次迭代时K、Ca 和H 的活度系数:式中 和 分别是第i次迭代时H+、K+和Ca2+的活度系数,T是温度,单位K;
3)根据活度系数,通过下式获得下一次迭代所需用的K+、Ca2+和H+的浓度值:+ + 2+
式中, 和 分别是该次迭代所得H、K 和Ca 的浓度;将此浓度值作为下一次迭代所需浓度;
重复1)到3)的步骤进行迭代运算,直到第i=k+1次,当(Ik+1-Ik)/Ik+1<0.001时,终止迭代运算,并将最后一次迭代所得各离子浓度值作为最后输出的平衡离子浓度。
7.如权利要求6所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述表面参数运算+ 2+ + + 2+模块(27)接收“H、Ca 和K”浓度运算模块(26)输出的K 和Ca 的平衡离子浓度代入下式进行运算,获得物质表面电位 +
式中, 是物质表面电位,R是气体常数,T是温度,F是Faraday常数; 是K 的初
2+ + 2+
始浓度, 是Ca 的初始浓度; 是K 的平衡浓度值, 是Ca 的平衡浓度值,βK是+ 2+ + + + 2+含“K+Ca ”的体系中与K 水化半径有关的K 的相对有效电荷系数;βCa是含“K+Ca ”的
2+ 2+
体系中与Ca 水化半径有关的Ca 的相对有效电荷系数,利用迭代运算中离子强度的最后值I,由下式计算有效电荷系数:。
8.如权利要求7所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述表面参数运算模块(27)根据物质表面电位 通过下式计算物质的比表面积S:2
式中,V是水的总体积,单位l;S是比表面积,单位dm/g;κ是Debye-Hückel参数,单-1位dm ,并由下式计算:
-10 2
式中,ε是介质介电常数,水的ε=8.9×10 C/Jdm。
9.如权利要求8所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述表面参数运算模块(27)根据表面电位值,通过下式计算物质的表面电荷密度:式中σ0是表面电荷密度,其极性符号与表面电位的极性符号相同。
10.如权利要求9所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述 表面参数运算模块(27)根据表面电荷密度,通过下式计算物质的表面电场强度:式中E0是物质表面电场强度。
11.如权利要求10所述的物质表面性质参数分析系统,其特征在于:所述表面参数运算模块(27)根据所得表面电荷密度和比表面积,通过下式计算表面电荷总量:Tc=S×σ0
式中Tc是物质的表面电荷总量。