CN108195779A - 一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法与应用 - Google Patents

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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry

Abstract

本发明公开了一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法与应用。利用染料指示剂和漫透射光谱法测试土壤矿物表面pH的方法，实现了对土壤固体表面酸碱性质的定量测试，成功并准确地实现了土壤矿物表面pH的测定，解决了现有技术中用悬浊液pH表示土壤矿物在实际环境中的pH不准确等技术问题，同时显著提高了固体表面pH的精确度，且更为直观。除烘干操作外，本发明的其余步骤在普通环境下操作即可，测试条件要求低，操作简单，成本低。本发明适应性强，可广泛应用于各类土壤矿物，具有良好的应用前景。

Description

一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法与应用
技术领域
本发明属于土壤分析技术领域，特别涉及一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法与应用。
背景技术
土壤酸化是十分严重且分布广泛的全球性问题。我国土壤酸化日益严重，造成土壤Ca2+、Mg2+、K+等盐基性养分离子大量淋失，H+、铝和镉等毒性元素浓度增加、活性增强，严重影响了当地农业生产和生态平衡。酸沉降、不合理的农业措施等人为因素是造成土壤酸化主要原因，而不同土壤因矿物组成、理化性质的不同对酸化产生不同程度的影响。酸性强度可以用pH定义，对于土壤pH的测定，传统方法普遍采用悬浊液pH表示，但因其受矿物浓度、溶解性和颗粒等影响，不能准确表示矿物真实微环境下的pH。此外，除了部分淹水稻田土壤，大部分土壤都是处于干水状态。采用水浸泡测试pH的方法往往会发生复杂的表面反应，从而影响土壤的酸碱性质，所以悬液pH测试方法不能真实体现土壤的酸碱性质。因此，需要继续开发能够真实体现土壤矿物酸碱性质的测试方法。
表面酸性是矿物重要表面性质之一，它在矿物表面的吸附、催化及颜色反应等方面起着重要的作用。固体表面酸常被描述为微环境pH、表面pH、等量pHeq，或者使用Hammett酸函数。固态pH不能用溶液定义的方法定义，而且并没有普遍接受的标准方法。
根据的酸碱理论，固体表面酸性是固体表面提供质子的能力。Walling提出固体的表面酸性强度可通过具不同pKa值的一系列指示剂在吸附后的颜色变化进行测定。固体的酸强度就是将有机碱变成其共轭酸的能力。因此，该思路建立了固体表面酸碱测试的方法原则。然而，其局限是，大多固体酸的活度系数是不清楚的，所以固体的酸度函数的定义在热力学上并不确切，只能通过“比色法”确定其酸碱范围，其结果只是半定量的。
专利文献CN104111255A公开了基于酸碱指示剂吸收光谱的pH的检测方法，将酸碱指示剂和光谱方法进行结合，其中，酸碱指示剂分子包括甲基红、酚酞类指示剂、磺代酚酞类指示剂和偶氮化合物类；但该现有技术的检测对象为检测工业废水及其他流体pH值，无法解决固体表面酸性检测的技术问题。此外，郭大伦(中南林业学院学报1987(1):98-101)和张献义(土壤学报，1979(2):184-189)也分别用单一和混合指示剂测定了土壤pH，但测量得到的仍是悬浊液pH不能真实表示土壤表面pH。
普通的紫外可见分光光度计一般用于测定溶液颜色变化，要想测定固体表面指示剂颜色变化，则需要配备积分球以获得漫反射光谱。积分球的作用是将光通量测量转变为照度测量，进入积分球的光通量被球内表面多次漫反射后，在内表面上形成均匀的照度，通过测量内表面照度，求得被测试样的反射光谱。在普通紫外可见分光光度计上配备积分球就可以实现对固体样品光谱图的获取。
李文通(光学仪器,1989(3):6-12)报道了紫外漫反射光谱可用于测定固体酸性，具体是通过碱性吡啶气体吸附量来确定固体酸表面酸中心数。田部浩三(新固体酸和碱及其催化作用化学工业出版社,1992,1-10)表示实验过程中会发生副反应如生成阴离子吡啶基，同时赵壁英(石油化工1987(13),240-245)表示有的样品对吡啶的吸附量比预期大的很多，有的比预期小，数据准确性较差。同样的，刘冬等(矿物学报,2010,30(1):33-39)用氨吸附漫反射红外光谱学方法，原理是借助于吡啶在质子酸位或路易斯酸位上吸附所产生的特征吸收带的吸光度和消光系数，求算酸度。实验误差较大，用红外光谱法进行表面酸位定量的工作较少。赵统刚(土壤，2006,38(1):17-22)表示氨气分子在非酸性中心上也回发生吸附，吸附反应应设置在150℃。两种方法，均采用气体吸附，需要在高温、真空环境中进行，对实验条件要求严格。另外，测得量为酸中心数，只能笼统称为“酸度”，并不能直观、精确表示酸碱强弱。
Govindara等(janAaps Pharmscitech,2015,16(2):354)在研究药剂稳定性与表面酸性的关系时，发现悬浊液pH与稳定性测定结果并不能很好的一致，反而是pHeq(即表面pH)更适合。他们在测表面pH时，采用了指示剂与漫反射光谱结合的方法。但该现有技术研究对象是纯度较高的药剂，成分简单，且药剂多为有机物表面活性较弱，表面反应简单。但相比于药品或药剂，土壤及矿物成分非常复杂，除各种无机物还可能含有植物、微生物等有机物，颗粒分布不均匀，这些都会在测量中产生影响。此外，土壤及矿物颗粒与药物相比表面具有较多的活性基团，且孔隙非常发达而具有较高的比表面积，所以其表面酸碱反应强度与纯药物相比要大很多，对指示剂的要求也将不同于药物。因此，要实现准确检测土壤及矿物表面pH仍需要攻克不少技术难题；现有技术中的检测药剂表面酸性的方法是否也适用于土壤固体表面酸性目前也未见相关研究报道，需要进一步的创新研究。
由此可见，如何准确检测土壤固体表面酸性成为了目前本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法。利用染料指示剂和漫透射光谱法测试土壤矿物表面pH的方法，实现了对土壤固体表面酸碱性质的定量测试。
本发明的另一目的在于提供所述的方法的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，包括如下步骤：
(1)选择酸碱指示剂：选择数种酸碱指示剂染料，组成pH变化范围1～12的酸碱指示剂染料溶液组合；
(2)绘制酸碱指示剂染料标准曲线：根据步骤(1)所选用的酸碱指示剂染料的工作pH范围，配制得到不同pH的酸碱指示剂染料溶液，扫描得到所述的酸碱指示剂染料溶液的紫外可见吸收光谱，获得含有不同峰强度的酸峰和碱峰数据，基于所述的酸峰和碱峰数据，绘制得到相应的酸碱指示剂染料酸碱峰比值对pH的标准曲线；
(3)制备酸碱指示剂染料吸附矿物样品：将酸碱指示剂染料溶液加入到矿物样品，使其上色；干燥，研磨后压实并保证表面平整，得到待测矿物样品；同时，用不加指示剂的甲醇水溶液对所述的矿物样品做相同处理，作为光谱测定空白样品；
(4)待测矿物样品光谱测试：扫描得到步骤(3)中所述的待测矿物样品的紫外可见漫反射吸收光谱，获得所述的紫外可见漫反射吸收光谱中的酸碱峰比例数据；
(5)待测矿物样品表面pH计算：确定在步骤(4)中获得的待测矿物样品的紫外可见漫反射吸收光谱中同时存在酸峰和碱峰的酸碱指示剂染料，将步骤(4)获得的所述的紫外可见漫反射吸收光谱中的酸碱峰比例数据代入到所述的同时存在酸峰和碱峰的酸碱指示剂染料在步骤(2)中得到的对应的标准曲线中，根据步骤(4)中所述的紫外可见漫反射吸收光谱中的酸碱峰比例数据计算对应的pH，且该计算得到的pH处于所述的酸碱指示剂染料的颜色变化范围内，即为所述矿物样品表面pH。
所述的矿物优选为土壤矿物。
所述的土壤矿物包括天然粘土矿物，金属氧化物，各种金属盐类、以及所述的金属氧化物、金属盐类混合物等。
所述的天然粘土矿物包括高岭土、蒙脱土、膨润土等粘土。
所述的金属氧化物包括氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆等。
所述的矿物粒度优选为至少0.1mm。
当所述的矿物为来自于自然环境矿物，需要剔除非矿物成分如植物残茬，适当磨细充分混匀，使其粒度优选为至少0.1mm。
步骤(1)中所述的酸碱指示剂染料溶液的浓度优选为0.001～0.05g L-1。
步骤(1)中所述的酸碱指示剂染料溶液的溶剂优选为质量比为1:9的甲醇/水溶液。
步骤(1)中所述的数种酸碱指示剂染料选自包括甲酚红、甲基橙、甲基黄、甲基紫、百里酚蓝、茜素黄R、溴酚蓝、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、中性红、酚红、甲酚红、酚酞、百里酚酞、靛胭脂红、间甲酚紫、橙黄等，或者不同染料混合的酸碱指示剂染料。
步骤(2)中所述的配制得到不同pH的酸碱指示剂染料溶液优选通过HCl溶液和/或NaOH溶液配制。
所述的HCl溶液和/或NaOH溶液优选为浓度0.1～1M的HCl溶液和/或NaOH溶液。
步骤(2)中所述的扫描优选采用紫外-可见光光谱仪进行扫描；所述的扫描的步长优选为0.1～1nm；所述的扫描波长范围优选为300～700nm。
步骤(2)中所述的酸峰和碱峰数据的最佳酸碱峰高范围优选为0.1～0.9。
步骤(3)中所述酸碱指示剂染料溶液的浓度优选为1.5～2.5mg/mL，进一步优选为2mg/mL。
步骤(3)中所述的酸碱指示剂染料溶液与矿物样品优选按体积质量比(mL/g)0.1～10进行配比；进一步优选为1.2～2。
步骤(3)中所述的干燥的温度优选为35～60℃；进一步优选为40℃；所述的干燥的时间优选为至少1h。
步骤(3)中所述的压实并保证表面平整时，能够保证样品压实、表面平整即可，不宜太过用力。得到待测矿物样品应尽快测定漫反射吸光度，以免受潮而导致颜色加深，影响测定结果。
步骤(4)中所述的扫描优选选择紫外-可见光漫反射光谱仪的粉末漫反射模式进行扫描。
步骤(4)中所述的扫描优选在酸碱指示剂染料在待测矿物样品表面的漫反射吸收峰在最优范围0.1～0.9之间进行；如果低于0.1或者高于0.9，则通过调整溶液与矿物的体积质量比，重复步骤(3)以重新获得待测矿物样品进行测试。
所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法在土壤固体表面酸碱性质定量测试中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1.本发明的成功并准确地实现了土壤矿物表面pH的测定，解决了现有技术中用悬浊液pH表示土壤矿物在实际环境中的pH不准确的问题。并提高了测试固体表面pH的精确度，可以直接得到准确的pH值(小数点后两位)。
2.本发明实验除烘干操作外，其余步骤在普通环境下操作即可。与需在高温、真空下进行的胺、吡啶气体吸附等实验相比条件要求低，操作简单，成本低。且获得数据可用pH表示，与酸中心数概念相比更精确、直观。
3.本发明的测试方法适应性强，可广泛应用于土壤矿物，包括天然粘土矿物，金属氧化物，各种金属盐类、以及所述的金属氧化物、金属盐类混合物等的固体表面pH的测定。
附图说明
图1是实施例中指示剂百里酚蓝在不同pH溶液中的吸收光谱图和标准曲线图。
图2是实施例中指示剂溴酚蓝在不同pH溶液中的吸收光谱图和标准曲线图。
图3是实施例中指示剂溴甲酚绿在不同pH溶液中的吸收光谱图和标准曲线图。
图4是实施例中指示剂溴甲酚紫在不同pH溶液中的吸收光谱图和标准曲线图。
图5是实施例中指示剂中性红在不同pH溶液中的吸收光谱图和标准曲线图。
图6是实施例中指示剂酚红在不同pH溶液中的吸收光谱图和标准曲线图。
图7是实施例1中不同染料指示剂吸附的高岭土的漫反射光谱图。
图8是通过本发明的方法测定得到的矿物固体表面pH和悬浊液pH结果分析图。
图9是实施例2中不同染料指示剂吸附的蒙脱石的漫反射光谱图。
图10是实施例3中不同染料指示剂吸附的金红石的漫反射光谱图。
图11是实施例4中不同染料指示剂吸附的二氧化硅的漫反射光谱图。
图12是实施例5中不同染料指示剂吸附的金红石-二氧化硅的漫反射光谱。
图13是实施例6中不同染料指示剂吸附的硫酸镁的漫反射光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1.溶液的配制
选择六种酸碱指示剂染料，组成了1.2～8.0的pH变化范围，分别为百里酚蓝(1.2～2.8)、溴酚蓝(2.8～4.6)、溴甲酚绿(3.8～5.4)、溴甲酚紫(5.2～6.8)、中性红(6.8～7.8)、酚红(6.8～8.0)。根据各指示剂染料的工作pH范围，滴加HCl(1M)、NaOH(1M)溶液配成不同pH的指示剂染料溶液，溶剂为质量比为1:9的甲醇/水溶液，采用pH计测试。
2.指示剂标准曲线的绘制
将配制好的同一指示剂的不同pH的溶液依次加入比色皿中，采用紫外-可见光光谱仪扫描指示剂染料溶液的光谱，扫描步长为1nm，波长范围为300～700nm。可获得不同pH下含有不同峰强度的酸峰(InH)和碱峰(In-)的漫反射光谱每种溶液重复测试3次以上，计算平均值。
指示剂常用InH表示，其颜色变化的实质是：指示剂在较高的pH下会失去H+，生成In-，即反应而InH和In-则会呈现不同的颜色。采用光谱技术则可在谱图中获得InH和In-对应具体峰值，而实现InH和In-的定量分析。由于pH大小与InH、In-含量是对应，则可进一步获得指示剂所处环境的pH。因为在碱性条件下，指示剂多以InH形式存在，所以一般将谱图中InH对应的峰称为碱峰，相对的In-对应的峰称为酸峰，以酸碱峰值定量环境pH。
为了保证数据准确性，最佳酸碱峰高范围为0.1～0.9。基于酸碱峰值，可绘制指示剂酸碱峰比值对pH得标准曲线。本实施例中的6种指示剂在不同pH溶液中的吸收光谱和标准曲线如图1～6所示。
3.土壤矿物光谱测试及表面pH计算
选择高岭土作为测试矿物，为保证称取的矿物样品能够全部被上色，指示剂染料溶液与矿物的体积质量比(mL/g)经过优化为1.5。分别将6种指示剂染料加入到6份矿物样品中，使其上色。用玻璃棒涂抹均匀后在40℃下干燥1h，经研磨后装在样品压板上，压实并保证表面平整。每次实验，用不加指示剂的甲醇水溶液对矿物样品做上述相同处理，作为光谱测定空白样品。采用紫外-可见光漫反射光谱仪的粉末漫反射模式测试上色固体样品(图7)。结合步骤2中的指示剂标准曲线，根据获得的漫反射光谱中的酸碱峰比例，代入在图7中同时显示酸峰和碱峰的溴酚蓝指示剂的标准曲线方程y＝0.876x-3.291(图2)，计算对应的pH，计算得到pH的数值为3.27，处于溴酚蓝的颜色变化范围2.8～4.6内，即获得了高岭土矿物表面的酸碱度为3.27。
4.悬液pH的对比试验
取10g矿物样品(高岭土)加入到25mL超纯水中，搅拌5分钟，静置1小时后用pH计(PB-10)测定平衡pH为6.04(具体操作参照国家标准NY/T 1377-2007《土壤pH的测定》)。通过比较悬液pH和固体表面pH(图8)，发现固体表面pH比悬浊液pH低2.77。Fripiat等(J.Phys.Chem.,1965,69:2185-2197)指出即使在水溶液中，黏土矿物表面交换性阳离子周围水分子的解离造成的表面酸性要比溶液pH值低2～4个单位。Bailey等(SoilSci.Soc.Am.Proc.,1968,32:)早在1968年也指出，当pH-pKa>2时有机碱虽然不能在水溶液中吸附质子，但如同在非水溶液中一样可在黏土矿物表面直接通过酸碱反应变成阳离子而被吸附，因为黏土矿物的表面酸性比溶液pH要低的多。
实施例2
选择实施例1中的六种酸碱指示剂染料，组成了1.2～8.0的pH变化范围。选择蒙脱石作为测试矿物，为保证称取的矿物样品能够全部被上色，溶液与矿物的体积质量比(mL/g)经过优化为1.2，将选定比例的染料加入到矿物，使其上色。用玻璃棒涂抹均匀后在40℃下干燥1h，经研磨后装在样品压板上，压实并保证表面平整。每次实验，用不加指示剂的甲醇水溶液对蒙脱石做上述相同处理，作为光谱测定空白样品。采用紫外-可见光漫反射光谱仪的粉末漫反射模式测试上色固体样品(图9)。结合同时显示酸峰和碱峰的对应溴甲酚紫指示剂的标准曲线方程y＝0.873x-5.324(图4)，根据获得的漫反射光谱中的酸碱峰比例，计算对应的pH，计算得到pH的数值为5.82，处于溴甲酚紫的颜色变化范围5.2～6.8内，即获得了蒙脱石矿物表面的酸碱度为5.82。
此外，取10g的矿物样品(蒙脱石)加入到25mL超纯水中，搅拌5分钟，静置1小时后用pH计(PB-10)测定平衡pH为8.32。通过比较悬液pH和固体表面pH(图8)，发现固体表面pH比悬浊液pH低2.5。
实施例3
选择实施例1中的六种酸碱指示剂染料，组成了1.2～8.0的pH变化范围。选择金红石作为测试矿物，为保证称取的矿物样品能够全部被上色，溶液与矿物的体积质量比(mL/g)经过优化为1.6，将选定比例的染料加入到矿物，使其上色。用玻璃棒涂抹均匀后在40℃下干燥1h，经研磨后装在样品压板上，压实并保证表面平整。每次实验，用不加指示剂的甲醇水溶液对矿物样品(金红石)做上述相同处理，作为光谱测定空白样品。采用紫外-可见光漫反射光谱仪的粉末漫反射模式测试上色固体样品(图10)。结合在图10中同时显示酸峰和碱峰的对应溴甲酚紫指示剂的标准曲线方程y＝0.873x-5.324(图4)，根据获得的漫反射光谱中的酸碱峰比例，计算对应的pH，计算得到pH的数值为5.37，处于溴甲酚紫的颜色变化范围5.2～6.8内，即获得了金红石矿物表面的酸碱度为5.37。
此外，取10g的矿物样品(金红石)加入到25mL超纯水中，搅拌5分钟，静置1小时后用pH计(PB-10)测定平衡pH为8.26。通过比较悬液pH和固体表面pH(图8)，发现固体表面pH比悬浊液pH低2.89。
实施例4
选择实施例1中的六种酸碱指示剂染料，组成了1.2～8.0的pH变化范围。选择二氧化硅作为测试矿物，为保证称取的矿物样品能够全部被上色，溶液与矿物的体积质量比(mL/g)经过优化为2。分别将6种指示剂染料加入到6份矿物样品中，使其上色。用玻璃棒涂抹均匀后在40℃下干燥1h，经研磨后装在样品压板上，压实并保证表面平整。每次实验，用不加指示剂的甲醇水溶液对矿物样品(二氧化硅)做上述相同处理，作为光谱测定空白样品。
采用紫外-可见光漫反射光谱仪的粉末漫反射模式测试上色固体样品(图11)。在图11中同时显示酸峰和碱峰有两种指示剂溴酚蓝和溴甲酚绿，根据溴酚蓝指示剂的标准曲线方程y＝0.876x-3.291(图2)，和溴甲酚绿指示剂的标准曲线方程y＝0.770x-3.611(图3)，以及获得的漫反射光谱中的酸碱峰比例，计算对应的pH，分别计算得到pH的数值为4.50和4.44，分别处于溴酚蓝(2.8～4.6)或溴甲酚绿(3.8～5.4)的颜色变化范围，获得了二氧化硅矿物表面的酸碱度为4.50和4.44。两种指示剂获得的pH均为正确值，稍有差异，但可以接受。
此外，取10g矿物样品(二氧化硅)加入到25mL超纯水中，搅拌5分钟，静置1小时后用pH计(PB-10)测定平衡pH为7.36。通过比较悬液pH和固体表面pH(图8)，发现固体表面pH比悬浊液pH低2.92。
实施例5
选择实施例1中的六种酸碱指示剂染料，组成了1.2～8.0的pH变化范围。选择金红石-二氧化硅(1:1)复合矿物作为测试矿物，为保证称取的矿物样品能够全部被上色，溶液与矿物的体积质量比(mL/g)经过优化为1.8，将选定比例的染料加入到矿物，使其上色。用玻璃棒涂抹均匀后在40℃下干燥1h，经研磨后装在样品压板上，压实并保证表面平整。每次实验，用不加指示剂的甲醇水溶液对金红石-二氧化硅复合矿物做上述相同处理，作为光谱测定空白样品。采用紫外-可见光漫反射光谱仪的粉末漫反射模式测试上色固体样品(图12)。结合溴甲酚绿的标准曲线方程y＝0.770x-3.611(图3)，根据获得的漫反射光谱中的酸碱峰比例，计算对应的pH，计算得到pH的数值为4.93，处于溴甲酚绿的颜色变化范围3.8～5.4内，即获得了金红石-二氧化硅复合矿物表面的酸碱度为4.93。
此外，取10g矿物样品(二氧化硅-金红石复合矿物)加入到25mL超纯水中，搅拌5分钟，静置1小时后用pH计(PB-10)测定平衡pH为7.3。通过比较悬液pH和固体表面pH(图8)，发现固体表面pH比悬浊液pH低2.37。
实施例6
选择实施例1中的六种酸碱指示剂染料，组成了1.2～8.0的pH变化范围。选择硫酸镁作为测试矿物，为保证称取的矿物样品能够全部被上色，溶液与矿物的体积质量比(mL/g)经过优化为1.5，将选定比例的染料加入到矿物，使其上色。用玻璃棒涂抹均匀后在40℃下干燥1h，经研磨后装在样品压板上，压实并保证表面平整。每次实验，用不加指示剂的甲醇水溶液对硫酸镁做上述相同处理，作为光谱测定空白样品。采用紫外-可见光漫反射光谱仪的粉末漫反射模式测试上色固体样品(图13)。结合酚红的标准曲线方程y＝0.939x-7.305(图6)，根据获得的漫反射光谱中的酸碱峰比例，计算对应的pH，计算得到pH的数值为7.73，处于酚红的颜色变化范围6.8～8.0内，即获得了硫酸镁矿物表面的酸碱度为7.73。
此外，取10g矿物样品(硫酸镁)加入到25mL超纯水中，搅拌5分钟，静置1小时后用pH计(PB-10)测定平衡pH为8.31。通过比较悬液pH和固体表面pH(图8)，发现固体表面pH比悬浊液pH低0.58。
对比例 单独染料指示剂法
选择实施例1中的六种酸碱指示剂染料，组成了1.2～8.0的pH变化范围。将实施例1～6中的矿物用指示剂染色，会发现白色的矿物均被上色，而有一种或几种指示剂颜色会处于其酸碱色的中间色，根据比色法可以判定该矿物表面pH处于指示剂的pH变色范围内。采用六种染料指示剂分别对矿物进行染色，发生变色的染料及对应的比色结果如表1所示，指示剂变色范围一般为1.2～1.8个pH单元，所以得到的pH是一个粗略的范围。进一步将染色后的矿物测漫反射光谱则可得到具体的酸碱峰和表面pH值。两种方法获得矿物的表面pH列于下表，从表中可以发现两种方法得到的pH是一致的，但漫反射光谱法可以直接得到准确的pH值(小数点后两位)。
表1
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选择酸碱指示剂：选择数种酸碱指示剂染料，组成pH变化范围1～12的酸碱指示剂染料溶液组合；
(2)绘制酸碱指示剂染料标准曲线：根据步骤(1)所选用的酸碱指示剂染料的工作pH范围，配制得到不同pH的酸碱指示剂染料溶液，扫描得到所述的酸碱指示剂染料溶液的紫外可见吸收光谱，获得含有不同峰强度的酸峰和碱峰数据，绘制得到相应的酸碱指示剂染料的酸碱峰比值对pH的标准曲线；
(3)制备酸碱指示剂染料吸附矿物样品：将酸碱指示剂染料溶液加入到矿物样品，使其上色；干燥，研磨后压实并保证表面平整，得到待测矿物样品；同时，用不加指示剂的甲醇水溶液对所述的矿物样品做相同处理，作为光谱测定空白样品；
(4)待测矿物样品光谱测试：扫描得到步骤(3)中所述的待测矿物样品的紫外可见漫反射吸收光谱，获得待测矿物样品的紫外可见漫反射吸收光谱中的酸碱峰比例数据；
(5)待测矿物样品表面pH计算：确定在步骤(4)中获得的待测矿物样品的紫外可见漫反射吸收光谱中同时存在酸峰和碱峰的酸碱指示剂染料，将步骤(4)获得的所述的紫外可见漫反射吸收光谱中的酸碱峰比例数据代入到所述的同时存在酸峰和碱峰的酸碱指示剂染料在步骤(2)中得到的对应的标准曲线中，根据步骤(4)中所述的紫外可见漫反射吸收光谱中的酸碱峰比例数据计算对应的pH，且该计算得到的pH处于所述的酸碱指示剂染料的颜色变化范围内，即为所述矿物样品表面pH。
2.根据权利要求1所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
所述的矿物为土壤矿物。
3.根据权利要求1或2任一项所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
所述的矿物样品的粒度为至少0.1mm。
4.根据权利要求1所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的酸峰和碱峰数据的酸碱峰高范围为0.1～0.9。
5.根据权利要求1所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的扫描的步长为0.1～1nm；
和/或步骤(2)中所述的扫描的波长范围为300～700nm。
6.根据权利要求1所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的酸碱指示剂染料溶液与矿物样品按体积质量比(mL/g)0.1～10进行配比；
和/或步骤(3)中所述酸碱指示剂染料溶液的浓度为1.5～2.5mg/mL。
7.根据权利要求6所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的酸碱指示剂染料溶液与矿物样品按体积质量比(mL/g)1.2～2进行配比。
8.根据权利要求1所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的扫描在酸碱指示剂染料在待测矿物样品表面的漫反射吸收峰在范围0.1～0.9之间进行。
9.根据权利要求1所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的数种酸碱指示剂染料选自包括甲酚红、甲基橙、甲基黄、甲基紫、百里酚蓝、茜素黄R、溴酚蓝、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、中性红、酚红、甲酚红、酚酞、百里酚酞、靛胭脂红、间甲酚紫、橙黄，或者不同染料混合的酸碱指示剂染料。
10.权利要求1～9任一项所述的利用染料指示剂测试矿物样品表面pH的方法的应用，其特征在于：
所述的应用为在土壤固体表面酸碱性质定量测试中的应用。
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