[发明专利]一种溶质物质在溶液中的扩散系数的测量方法

说明书

本发明公开了一种溶质物质在溶液中扩散系数测量方法，包括以下步骤：在实验座的凹槽底部镶嵌电荷藕合器件图像传感器，并在凹槽内放置透明的实验盒，实验盒底部完全覆盖电荷藕合器件图像传感器；将实验座和实验盒一起置于不透光的箱体中，在箱体顶部设置可照射至实验盒底部的漫散射光源；在电荷藕合器件图像传感器的正上方的实验盒底部滴入溶质，通过电荷藕合器件图像传感器记录溶质圆斑直径上的光强变化随空间和时间的分布；将电荷藕合器件图像传感器获取的数据通过数据传输接口将数据传输至计算机中，通过计算机对数据进行处理获得扩散系数。本发明操作简单，获得的扩散系数精度高。

技术领域

本发明涉及溶质物质扩散技术领域，具体涉及一种溶质物质在溶液中扩散系数的测量方法。

背景技术

液相扩散系数的测定方法常见有膜池法、光干涉法及Taylor分散法。光干涉法精度最高,但对设备及操作要求较严格；膜池法操作简单,操作时间较长；Taylor分散法精度稍低。

如果直接观察三维空间中液体的扩散现象，会发现溶质滴入溶剂时将在重力作用下快速下沉，而扩散过程很缓慢，无法形成相对稳定的扩散形态。所以要对其进行测量，需要限制扩散行为发生在一维或二维，消去重力的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种溶质物质在溶液中的扩散系数的测量方法。

为达到上述目的，本发明的方案是提供一种溶质物质在溶液中扩散系数测量方法，包括以下步骤：

在实验座的凹槽底部镶嵌电荷藕合器件图像传感器，并在凹槽内放置透明的实验盒，所述实验盒底部完全覆盖所述电荷藕合器件图像传感器；

将所述实验座和所述实验盒一起置于不透光的箱体中，在所述箱体顶部设置可照射至实验盒底部的漫散射光源；

在所述电荷藕合器件图像传感器的正上方的实验盒底部滴入溶质，通过电荷藕合器件图像传感器记录溶质圆斑直径上的光强变化随空间和时间的分布；

将所述电荷藕合器件图像传感器获取的数据通过数据传输接口将数据传输至计算机中，通过计算机对数据进行处理获得扩散系数。

在一种可能的实施例中，所述通过计算机对数据进行处理获得扩散系数具体包括以下步骤：

通过比尔-朗伯定律

I＝I₀exp(-AC)

其中A为常数，可得浓度(C)与光强(I)的关系：

将电荷藕合器件图像传感器的元胞位置设置为空间坐标，并将浓度分布关系C(x,t)按下述关系式做一维情况的曲线拟合：

其中，Q为滴入溶质的总浓度，t为时间；

再从拟合参数中即可获得扩散系数D。

在一种可能的实施例中，所述实验盒的底板厚度范围为1mm-2mm。

本发明实施例提供的溶质物质在溶液中扩散系数的测量方法，根据光通过溶液时会被吸收与散射，因而光强会衰减，相对光强的对数值与浓度成正比的原理，通过测出各个时刻光强通过扩散物质后的变化，获得各时刻物质扩散后的浓度分布，再对浓度分布的数据进行分析，最终得到待测溶液在溶剂中的扩散系数。该方法操作简单，测量精度高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的溶质物质在溶液中扩散系数的测量方法的实验装置图；

图2为本发明实施例提供的光强与元胞位置关系的测量值；

图3本发明实施例提供的溶质圆斑边缘的光强分布；