[发明专利]一种污染物界面反应电化学红外光谱联用原位表征方法及其装置

说明书

本发明涉及一种污染物界面反应电化学红外光谱联用原位表征方法及其装置。本发明构建的电化学红外光谱联用检测方法能获取目标反应同步的定性/定量、宏观/微观等多维度信息，使污染物反应得到更加全面的认识，有利于多维度阐明污染物界面过程与调控机制，从而有效解决污染问题。本发明建立的电化学红外光谱联用装置操作较简单，寿命长，红外波数适用范围较广，且用途较多，可以在污染物界面反应的原位表征方面得到广泛应用。

技术领域

本发明属于环境化学领域，具体涉及一种污染物界面反应电化学红外光谱联用原位表征方法及其装置，适用于模拟土壤/地下水系统中污染物界面反应过程原位表征，能够得到同步的宏观与微观、定性与定量信息。

背景技术

随着经济快速发展，工业化和城市化进程加快，我国出现了大量污染问题。其中，污染过程的界面成因与修复过程的机制不清等问题成为了污染修复的重大阻碍。据我们所知，界面行为贯穿于污染物的迁移转化，是国际环境领域的研究前沿。由于大多数污染物反应的行为都取决于界面性质，例如，吸附/解吸时的吸附剂-吸附物相互作用以及氧化/还原时的表面化学特性，因此污染物界面反应的研究具有根本意义。

近年来，研究者们已开发出各种先进表征技术来探索污染物界面反应。对于微观层次的定性检测，采用了可靠的红外光谱技术，其商用仪器使其便于原位检测。当涉及宏观与定量信息的检测时，能够原位检测的电化学技术成为了首要选择。目前，电化学技术已被用于测定模拟土壤与地下水体系中开路电位的时间曲线，其变化趋势可作为重金属吸附或氧化还原反应的分析依据。然而，由于无法完全重复相同的实验条件，独立的红外光谱和电化学信号并不能彼此对应。总之，目前破坏反应的异位表征与单一信息的片面获取方法不足以支持污染物反应的全面、深入理解。简而言之，反应过程具有宏观与微观的多尺度信号，能够被定性和定量地描述，由于目前界面反应过程受到原位表征技术的限制，上述信息如何获取是污染问题研究的重要难题。为了同时可靠地回答“微观与宏观行为是怎样的”和“如何定性和定量描述”，亟需发展多维度表征技术，从多尺度阐明污染物界面过程与调控机制，从而深入认识并有效解决污染问题。

总体而言，目前的技术无法满足对污染物界面反应的全面、深入理解，因此需要一种结合多重检测手段的技术来获取同步的定量/定性和宏观/微观信息。根据先前的实验，红外光谱法可以检测分子水平的原位界面反应行为，而电化学方法可以用作宏观界面相互作用的原位定量灵敏检测器。鉴于这些事实，结合以上两种方法，电化学红外光谱联用技术可以让我们同时获取红外微观信号和电化学宏观信号，同时能量化不同的界面性质，即“1+12”。据我们所知，电化学红外光谱联用技术是首次被用于探索污染物自发反应的界面过程研究，这可能会为环境污染物的界面反应原位研究开拓新天地。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有污染物界面反应原位表征技术的不足而提供一种污染物界面反应电化学红外光谱联用原位表征方法及其装置。该方法能原位监测污染物的界面反应多维度信号，同时得到污染物反应机制及量化信号、微观及宏观行为等信息，且该装置具有操作简单、使用寿命长、适用范围广以及功能丰富等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种污染物界面反应电化学红外光谱联用原位表征装置，其包括光路反射部件，所述的光路反射部件包括一壳体和壳体上方中间嵌设的检测窗口，检测窗口具有上表面和下表面，检测窗口的上表面上镀导电薄膜，导电薄膜上根据需要镀固相反应物薄膜，检测窗口的上表面与下表面均能反射光线，光路反射部件的两侧分别设置红外光谱检测器和光源，光源发射出的入射光经光路反射部件检测窗口上下表面多次反射后，被红外光谱检测器接收；

所述的反应池部件包括下端开口且一侧设有开口的反应池，反应池设在检测窗口的上表面，反应池内根据需要加入电解质及反应物；参比电极通过反应池一侧的开口插入到反应池中，沉积在检测窗口上的导电薄膜与固相反应物薄膜共同作为工作电极。