專利名稱：測(cè)定液體中可離解粒子數(shù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)定液體中可離解粒子(離子對(duì))數(shù)的方法。
測(cè)定液體中離子的電化學(xué)方法，早為大家所習(xí)知。所有這些方法，都基于對(duì)液體電導(dǎo)率的測(cè)定。在這些方法中，在待測(cè)液體中的電極對(duì)上施加-電壓，並借助于測(cè)量儀器來測(cè)定所形成的電流。
可離解粒子構(gòu)成液體中的雜質(zhì)，通常以離解狀態(tài)或非離解狀態(tài)存在。
在這兩種狀態(tài)之間，建立一個(gè)特定的平衡。只有瞬間離解的粒子(成為電荷載體)才能構(gòu)成電流的流動(dòng)。
因此，基于電導(dǎo)率測(cè)定的這些方法，並不適用于液體中可離解粒子數(shù)的精確測(cè)定，因?yàn)椴糠萘Ｗ釉谶@種測(cè)定期間恒為非離解狀態(tài)，因此對(duì)電導(dǎo)度沒有任何貢獻(xiàn)。此外，使用傳統(tǒng)電極對(duì)，電荷載體定量地注入液體中，因此，也使測(cè)量結(jié)果失真。
因此，本發(fā)明之一目的，在提出一種簡單但可很精確地測(cè)定液體中可離解粒子數(shù)的方法。
依據(jù)本發(fā)明，這一目的可經(jīng)由下列方法實(shí)現(xiàn)其中將一電場(chǎng)施于電極對(duì)上，該電極對(duì)位于液體中，並顯示出較低的電荷載體注入容量，其中在一特定時(shí)間內(nèi)，對(duì)電場(chǎng)所形成的電流依次進(jìn)行積分，並測(cè)定積分值，作為該液體中原來所含可離解粒子數(shù)的測(cè)量值。
本發(fā)明方法中，在整個(gè)積分步驟期間，不只在方法開始時(shí)已經(jīng)離解的粒子會(huì)成為測(cè)量結(jié)果的因素，而且在稍后因?yàn)殡妶?chǎng)作用而離解的粒子，也成為測(cè)量結(jié)果的因素。
再者，可以防止額外的電荷載體進(jìn)入液體中，因此不會(huì)成為電流積分的一部分，因?yàn)槭褂脤?duì)電荷載體具有較低的注入容量的特殊電極。這會(huì)增進(jìn)測(cè)量的精確性。
本發(fā)明最好實(shí)施一段時(shí)間，在電流流動(dòng)量實(shí)際上不再降低時(shí)才停止測(cè)量。因?yàn)槟承埓骐娏饕欢〞?huì)存在的實(shí)際情況，所以無法等到電流完全停頓。若有此類型的殘存電流，必須將其排除于電流積分之外。
積分操作結(jié)束后，可以假設(shè)所有的可離解粒子均呈其離解狀態(tài)，並已成目由離子移動(dòng)到電極上。因此，剩下的液體為高純度狀態(tài)。
下列有關(guān)離解粒子(離子對(duì))NE和流動(dòng)電流I間的關(guān)系式永遠(yuǎn)存在，其中NE為在電場(chǎng)作用期間，單位體積中由液體提取之離解粒子NE=1e·v·∫0tIdt]]>其中e為基本電荷，而V為體積。
經(jīng)過充分長的時(shí)間后，所有的可離解粒子全部成離解狀態(tài)，並且已經(jīng)移向電極，因此電流停止。因此，液體中最初每單位體積所含可離解粒子的數(shù)目ND為ND-NEt→∞
當(dāng)然上式中假設(shè)液體幾乎不離解或甚至不離解，因此電流實(shí)質(zhì)上只是雜質(zhì)造成的。
降低注入容量的電極可為下列類型例如可用所謂的純化電極。
有些電極，其注入電子的容量已經(jīng)通過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理明顯地降低。使用市售的黃銅電極，例如其純化可用如下極簡單的方法完成將欲純化之電極對(duì)置于含丙烯碳酸酯(PC)的電解槽中，向其施以電場(chǎng)或電力，例如10KV/cm。一段時(shí)間后，電極被純化。在黃銅電極和PC的實(shí)例中，純化可由電極表面上的棕色褪色現(xiàn)象來了解。以該方式純化過的電極，可用于本發(fā)明中。
降低市售未處理過(裸)電極的注入容量的其他可能包括在電極截面方向，覆以離子交換薄膜。薄膜會(huì)防止離子進(jìn)入液體中。
最后，發(fā)明人等也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在未處理(裸)的市售電極和欲檢測(cè)的液體之間，置入一層具有高介電常數(shù)的材料，可以降低電極的注入容量。因此，明顯地可用這種材料涂覆于電極上。但是在試驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)雖然陶瓷特別適合防止注人，卻不能毫無問題地將其制成預(yù)期的形狀，下列裝置在已進(jìn)行的試驗(yàn)中被認(rèn)為是較理想的在液體和各個(gè)電極間，置入一陶瓷板，使液體局限于二板之間，而電極可以固定在板子背對(duì)液體的一側(cè)。
本發(fā)明最好使用數(shù)KV/cm的電場(chǎng)。因此，可在充分短的時(shí)間內(nèi)實(shí)施本發(fā)明，並估計(jì)所有的可離解粒子會(huì)離解。
雖然未提供證明，但可以假設(shè)在某一電場(chǎng)強(qiáng)度下所有的可離解粒子可能完全離解。以丙烯碳酸酯(PC)為液體，使用純化電極為電極時(shí)，在約100V/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度下，已觀測(cè)到相當(dāng)程度的離解?；旧峡梢哉f，存在較大電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，本方法進(jìn)行的較快，因?yàn)榇箅妶?chǎng)強(qiáng)度可以增進(jìn)粒子的離解速度K。
基于這一目的，可使用市售的裝置，以測(cè)量和記錄所得電流。
例如使用儲(chǔ)存式示波儀或包括記錄單元的電流測(cè)量儀器。所得電流的積分，可經(jīng)由評(píng)估決定或由這些裝置所記錄的電流曲線，經(jīng)測(cè)面積法求得。當(dāng)然，也可以使用能夠自動(dòng)測(cè)定積分值的儀器設(shè)備。本發(fā)明最好使用具有高介電常數(shù)的液體。
因?yàn)榭呻x解粒子是欲檢測(cè)液體的雜質(zhì)，因此，經(jīng)由測(cè)定可離解粒子數(shù)，可以預(yù)測(cè)鈍化液體所需的時(shí)間。
假設(shè)電流依一特定函數(shù)(例如指數(shù)函數(shù))下降，則電流的積分評(píng)估值，可以根據(jù)對(duì)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)τ作短時(shí)間測(cè)量，作可靠的判斷。因此，在該情況下，本方法不必持續(xù)到電流幾乎降至不可免的殘存電流為止。傳統(tǒng)的儲(chǔ)存式示波儀特別適合觀察電流下降，以評(píng)估時(shí)間常數(shù)。如眾所周知的，指數(shù)函數(shù)的積分為時(shí)間常數(shù)和初值的乘積。因此，下式可作為單位體積中的可離解粒子數(shù)ND=τ·I0e·V]]>其中τ代表指數(shù)函數(shù)的時(shí)間常數(shù)，而I0為電流初始值。
下面將結(jié)合


測(cè)定丙烯碳酸酯(PC)中可離解粒子數(shù)的一個(gè)具體實(shí)例，其中圖1說明實(shí)施本方法的裝置;
圖2說明本方法適用的測(cè)量電解槽;
圖3說明本方法導(dǎo)電期間所測(cè)得的電流曲線。
測(cè)量電解槽1示于圖1，用以盛裝欲檢測(cè)的丙烯碳酸酯3。一對(duì)鈍化電極2接于電壓源5。電流記錄裝置4位于電極和電壓源之間。記錄器6為電流記錄裝置，它打印出作為時(shí)間函數(shù)的電流曲線。本方法可由使開關(guān)7閉合來起動(dòng)。
電極相互間的間距為例如0.5cm。所施電壓在100至1000V之間。所形成的電場(chǎng)強(qiáng)度為200至2000V/cM。
下列主要雜質(zhì)在丙烯碳酸酯中的含量已被分析測(cè)定氯化鈉、溴化四甲銨、丙二醇、水。
這些雜質(zhì)含量主要以ppm級(jí)存在。在施加電場(chǎng)前，離解粒子N與可離解粒子ND的比值，稱為離解度α(α＝N/ND)。若丙烯碳酸酯被水污染，則離解度為10-6，被丙二醇污染，則為10-4，被氯化鈉或溴化四甲銨污染，則為0.1至1之間。
圖2說明測(cè)量電解槽的一個(gè)具體實(shí)例。很顯然，這是一個(gè)密閉測(cè)量電解槽2。其中的電極1上涂覆以離子交換膜3。此外，當(dāng)然也可以使用圖1所示的鈍化電極。
本方法進(jìn)行期間所測(cè)得的電流曲線繪于圖3。
圖1中開關(guān)閉合后，在鈍化電極2上將建立電場(chǎng)。以電流記錄裝置4，感測(cè)主要是由離解電流所形成的電流，並描繪于圖3。從圖3可以清楚地看出，電流具有指數(shù)下降的趨勢(shì)。大約5分鐘后，電流降至IR，在該值之后，實(shí)際上不再下降。永遠(yuǎn)存在的殘存電流即為該值。
當(dāng)測(cè)量第0分鐘至第5分鐘之間電流曲線所圍面積的積分時(shí)，圖3中斜線部份的積分系殘存電流所構(gòu)成，不應(yīng)計(jì)算進(jìn)去。
再者，由圖3可以看出電流曲線在開始的地方有點(diǎn)偏差。該偏差系兩個(gè)重疊過程所形成的結(jié)果。開始的時(shí)候，已成離解狀態(tài)的粒子，成為電流的主要構(gòu)成因素。這造成最初的大電流IO，並在τ1的時(shí)間常數(shù)中迅速下降。在稍后的電流曲線，則由以連續(xù)方式新離解出來的粒子所確定。該主要電流部份以τ2為時(shí)間常數(shù)下降。
電流的下降由圖1所示的記錄器6記錄。電曲線所圍面積，很容易以所記錄的電流曲線作面積計(jì)量予以量測(cè)。如上述，圖3中的斜線部份不計(jì)入電流積分中，因?yàn)樵撔本€部份系由殘存電流所構(gòu)成。
若電流積分已知，下式可用以求單位體積的粒子數(shù)ND，其為液體中最初的存量ND=τ·I0e·V]]>其中Q為離解電流所構(gòu)成的全部電荷。
丙烯碳酸酯的最初電導(dǎo)率為5×10-10S/cm，測(cè)得的ND值為6×1013l/cm3。該二數(shù)值構(gòu)成一個(gè)具體測(cè)量結(jié)果。當(dāng)然，電導(dǎo)率和可離解粒子數(shù)ND之間，基本上沒有固定的關(guān)系，因?yàn)樽畛醯碾妼?dǎo)率，實(shí)際上系由雜質(zhì)種類和這些粒子的對(duì)應(yīng)離解度所決定。
已經(jīng)證明本方法對(duì)有關(guān)同時(shí)結(jié)合丙烯碳酸酯的純化和產(chǎn)生鈍化電極的操作，極為有利。
本發(fā)明方法可以簡單而精確地測(cè)定丙烯碳酸酯的污染程度。尤其是可以預(yù)測(cè)丙烯碳酸酯的純化時(shí)間。
可以預(yù)測(cè)，本方法對(duì)測(cè)定具有高介電常數(shù)的液體中的可離解粒子數(shù)極為有用，用于靜電機(jī)械亦然。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定液體中可離解粒子(離子對(duì))數(shù)目的方法，其中將一電場(chǎng)施于電極對(duì)上，該電極對(duì)位于液體中，并顯示出較低的電荷載體注入容量；其中因電場(chǎng)所形成的電流依序被積分；和測(cè)定積分值，作為該液體原來所含的可離解粒子數(shù)的測(cè)量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于當(dāng)電流實(shí)際上不再下降時(shí)，積分步驟停止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所用電極對(duì)為鈍化電極對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所用電極對(duì)上涂覆以離子交換膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所用電極對(duì)為裸電極，并用具有高介電常數(shù)的材料(以陶瓷材料為較佳)層將所述和該液體隔離。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于施加的電場(chǎng)強(qiáng)度高于100V/cm。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述方法，液體具有高介電常數(shù)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求7所述方法其中所用液體為丙烯碳酸酯。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求第6或7項(xiàng)所述方法，用于測(cè)定液體的純化時(shí)間。
10.一種用以實(shí)施如權(quán)利要求1至6中至少一項(xiàng)所述方法的裝置，其特征在于-容器，用以盛裝該液體，至少二個(gè)電極置于該容器中，其相互距離具有一定關(guān)系，並呈現(xiàn)出降低的注入容量，-電壓源，以電氣連接方式和所述電極相接，-電流感測(cè)裝置，用以測(cè)量和記錄電流，該裝置和該電壓源及所述電極串連。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于該電流感測(cè)裝置為儲(chǔ)存式示波儀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)定液體中可離解粒子(離子對(duì))數(shù)目的方法，其中將一電場(chǎng)施于電極對(duì)上，該電極對(duì)位于液體中，并顯示出較低的電荷載體注入容量，其中因電場(chǎng)所形成的電流依序被積分，并測(cè)定積分值，作為該液體原來所含的可離解粒子數(shù)的測(cè)量值。
文檔編號(hào)G01N27/42GK1059966SQ9110879
公開日1992年4月1日 申請(qǐng)日期1991年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月10日
發(fā)明者沃夫?qū)さ咸乩?申請(qǐng)人:霍爾斯公司