[实用新型]一种自由金属离子活度测定装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自由自由金属离子活度测定装置。 

背景技术

在工业和农业领域中，对于自由离子的测定是必须的，但是，在大多数情况下，受重金属污染的河流、海洋以及土壤溶液中游离重金属离子浓度是决定其生物可给性和毒性的最主要因素。目前已经建立了多种测量游离金属离子浓度的方法，如离子选择性电极法测量中受其它金属离子的干扰，其线性响应范围都在高浓度区，而绝大多数环境样品中游离金属离子浓度远远低于其响应范围；电化学伏安法能直接测定低浓度的重金属离子浓度，但该方法实验过程中由于电流的使用破坏了溶液平衡，溶液中的有机质容易吸附在电极上而影响电极的富集和溶出过程；阳离子交换树脂法可以同时测定环境溶液中多种游离重金属离子浓度，然而该方法需要对所选树脂的吸附特性有很详细的了解，在进行形态分析时还必须考虑环境溶液的组成。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种自由离子浓度测定装置及方法。 

本实用新型的技术方案是：一种自由金属离子活度测定装置，它包括受体池单元和供体池单元，受体池单元包括受体池与受体溶液，受体池与受体溶液通过蠕动泵Ⅰ组成一个循环装置，供体池单元包括供体池与供体溶液，供体池与供体溶液通过蠕动泵Ⅱ组成一个循环装置，受体池与供体池通过阳离子交换膜相连通，受体溶液中插装有电导电极Ⅰ和离子选择电极Ⅰ，电导电极Ⅰ与电 导仪相连，离子选择电极Ⅰ与电位仪相连，供体溶液中插装有电导电极Ⅱ和离子选择电极Ⅱ，电导电极Ⅱ与电导仪相连，离子选择电极Ⅱ与电位仪相连。 

所述离子选择电极为pH电极或钾离子选择电极。 

所述测定的金属离子为Cu、Zn、Ni、Cd、Pb。 

本实用新型的自由金属离子活度测定装置为一个杜南交换装置，它是建立在杜南平衡的理论基础上的，杜南交换装置为双端循环装置。供出小室内直径为2cm，深4.3cm，体积为13.5mL；接受小室直径为2cm，深3.3cm，体积为10.3mL，离子交换膜的直径为3.0cm，两室螺旋接口，可将离子交换膜固定，离子交换膜是两螺旋接口旋紧时由环形垫圈固定。供体溶液和受体溶液被阳离子交换膜隔开，将反应池分隔为两部分：供体池和受体池。阳离子交换膜为Nafion 117(Du Pont)，表面带负电荷，阴离子和络合态的阳离子无法通过，这样经过交换膜后进入受体池的只有自由态的阳离子。供体池装有基质液，即与土壤平衡的溶液或络合物溶液，受体池装有与供体液大致相同浓度支持电解质KNO₃溶液。实验开始时，由于两边溶液的化学势不相等，就会引起两边溶液中包含的小离子互相扩散，最后导致化学势相等，即达到杜南平衡，即供体液和受体液中金属离子的活度比(电荷修正)相等，即： 

C_i供体、C_i受体、C_j供体、C_j受体分别是供体液和受体液中自由离子i和j的活度。z_i和z_j分别是阳离子i和j的电荷数。 

所述装置测定自由金属离子活度的方法，它的步骤如下： 

(1)阳离子交换膜的处理：交换膜用0.1mol/L硝酸浸泡24小时，用去离子水浸泡5小时，用1mol/L KNO₃浸泡24小时后，再用0.01mol/L KNO₃浸泡24小时； 

(2)供体池装入需要测定自由金属离子活度的基质液，受体池装入浓度为供体池溶液浓度0.5～2倍的支持电解质KNO₃溶液； 

(3)连接供体池与供体溶液，受体池与受体溶液，通过蠕动泵组成各自的封闭循环装置； 

(4)开启电导仪和离子选择电极电位仪，预热30～40分钟； 

(5)开启蠕动泵，记录电导仪初始电导值和结束电导值，电位仪的初始pH值和结束pH值； 

(6)记录电导仪测定的供体溶液和受体溶液的电导值在1～2小时不发生变化的值，据此判断两边溶液达到杜南平衡； 

(7)用石墨炉原子吸收法测定受体池中自由金属离子的浓度，检出限为10^-11mol/L，用钾离子选择电极法测定受体池中钾离子的活度； 

(8)根据公式 计算出供体液的自由金属离子活度。