[发明专利]一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法

权利要求书

1.一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，包括用连接有电导电极的商业电化学阻抗仪对颗粒物悬浊液进行测试，其特征在于，利用电学频率扫描过程中阻抗反馈信号形成的颗粒物谱维数d_s表征颗粒物孔隙复杂程度，假设扫描过程中电子在颗粒物的孔隙中是随机行走的，同一个电子在同一个位置上出现的概率与d_s直接关联，d_s越大意味着电子在孔隙中运动轨迹越无序，运动路径越复杂，出现在孔隙同一位置的概率越小，对应着颗粒物的孔隙结构越复杂，其中谱维数d_s的测试包括如下步骤：

(1)在测试时无需对样品进行特殊处理，仅将电极探头插入待测颗粒悬浮液进行频率扫描以获取悬浮液的阻抗实部、虚部及复阻抗模量，对复阻抗模量进行校正，并计算出校正后复阻抗模量突变的临界频率f_c；

(2)以临界频率f_c及其所对应的校正后的复阻抗模量为起始端点，对频率-校正后的复阻抗模量曲线做傅里叶变换，得到变换后的时间域及阻抗信号的振幅；

(3)对所得时间域-阻抗信号振幅曲线做逆傅里叶变换，得到频率域f及阻抗信号振幅的平方P；

(4)根据频率f与阻抗信号振幅平方P的无标度模型计算出颗粒物的谱维数ds。

2.根据权利要求1中所述的一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，其特征在于，所述颗粒物悬浊液样品的浓度范围为1mg/L-100g/L，测定时温度保持恒定，电化学阻抗仪施加的正弦电压范围为1-1000mV，扫描频率范围为0.1Hz-10 MHz。

3.根据权利要求1中所述的一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，其特征在于，所述复阻抗模量的校正方法为，校正后的复阻抗模量等于每个扫描频率下对应的复阻抗模量减去最高频率下的复阻抗模量。

4.根据权利要求1中所述的一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，其特征在于，所述临界频率为校正后的复阻抗模量的对数值由近似恒定转变为随频率的对数值增加而下降的相关频率点，其计算式为：

式中，f_c为复阻抗模量突变的临界频率，R_t和C_p分别为悬浊液双电层界面的电荷转移电阻及双电层电容，其数值通过用R_t和C_p的并联电路串联上悬浊液的电荷移动电阻R_c的等效电路拟合阻抗实部和虚部数据获取。

5.根据权利要求1中所述的一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，其特征在于，所述频率与阻抗信号振幅平方的无标度模型为：

式中，P为阻抗信号振幅的平方，f为经傅里叶转换和逆傅里叶转换后的扫描频率。

6.根据权利要求1中所述的一种在线测定水中颗粒物孔隙复杂程度的方法，其特征在于，所述颗粒物谱维数的计算方法为，以阻抗信号振幅的平方P的对数值为Y轴，以经傅里叶转换和逆傅里叶转换后的扫描频率f的对数值为X轴作图，并用线性回归分析对图进行拟合，将所得斜率代入P与f间的无标度模型，即可求得颗粒物谱维数。