CN108627707A - 一种液滴表面zeta电势检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液滴表面zeta电势检测装置，包括：液滴发生器、皮安表、对电极和电解液池；所述液滴发生器包括样品池、塑料毛细管和液滴电极；所述塑料毛细管一端通过一体成型与所述样品池相连通，另一端与中空的所述液滴电极粘接且相连通；所述塑料毛细管中部设置用于控制待测样品流速的节流阀；所述液滴电极底部出口为平切口；所述电解液池内部盛放有电解液，所述对电极一端伸入所述电解液内部，另一端与所述皮安表的红表笔电连接，所述皮安表的黑表笔与所述液滴电极电连接；所述液滴电极底部出口与所述电解液的液面垂直距离为1.5mm‑3mm。本发明的技术方案解决了目前的液滴表面电荷检测的方法所用装置复杂，检测过程繁琐，数据处理步骤较多的问题。

Description

一种液滴表面zeta电势检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电荷检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种液滴表面zeta电势检测装置及方法。

背景技术

对于液滴表面电荷极性以及数量的研究在多个领域具有重要意义与需求：例如在空气净化和工业废气处理等领域，需要了解液滴表面电荷极性以及数量。目前液滴表面电荷(即zeta电势)的测量方法包括如下几种：

1)位移法：一般利用位移法对自由落体液滴所带电量进行测量。当荷电液滴自由落体进入水平均匀电场时，受电场力影响，其轨迹会发生横向偏移。通过测量偏移量，利用相关公式计算出液滴所带电量。

2)正弦交变电场法：该方法是根据荷电液滴在正弦电场中受电场力，重力，空气浮力及斯托克斯力的作用，液滴的运动轨迹是一条正弦曲线，测出正弦曲线的振幅和波长，就可以计算出液滴的直径和荷电量。

目前对于液滴带电性质的研究大都是基于电场机制的方法，即施加一个电场，通过带电液滴的运动轨迹计算液滴带电量，荷质比等参数，但是目前使用的方法都存在所用装置复杂，检测过程繁琐，数据处理步骤较多等问题。

发明内容

根据上述提出目前使用的液滴表面电荷检测的方法都存在所用装置复杂，检测过程繁琐，数据处理步骤较多的技术问题，而提供一种一种液滴表面zeta电势检测装置及方法。本发明主要利用当液滴电极上的液滴与电解液表面接触时，系统形成闭合回路，系统中会感应出电流，通过皮安表可以测得流经系统的电荷量，检测装置结构简单，无需施加电场，操作方便，整个系统运行安全稳定。

本发明采用的技术手段如下：

一种液滴表面zeta电势检测装置，包括：液滴发生器、皮安表、对电极和电解液池；

所述液滴发生器包括样品池、塑料毛细管和液滴电极；所述塑料毛细管一端通过一体成型与所述样品池相连通，另一端与中空的所述液滴电极粘接且相连通；所述塑料毛细管中部设置用于控制待测样品流速的节流阀；所述液滴电极底部出口为平切口；

所述电解液池内部盛放有电解液，所述对电极一端伸入所述电解液内部，另一端与所述皮安表的红表笔电连接，所述皮安表的黑表笔与所述液滴电极电连接；所述液滴电极底部出口与所述电解液的液面垂直距离为1.5mm-3mm。

进一步地，所述对电极插入所述电解液的末端裸露出长度不大于3mm的金属。

进一步地，所述对电极表面包覆设置绝缘塑料层，所述绝缘塑料层厚度至少为3mm。

进一步地，所述对电极的绝缘塑料层至少位于所述电解液液面下方2cm-3cm。

本发明还提供了一种利用所述的电势检测装置的液滴表面zeta电势检测方法，包括如下步骤：

(1)分别将配置好的标准液和待测样品注入所述样品池内，缓慢调节所述节流阀，使流入所述塑料毛细管内部的标准液流入所述液滴电极，通过所述滴液孔形成液滴；

(2)液滴由于重力作用逐渐变大并下落，液滴下落至与所述电解液接触后，所述皮安表分别检测所述液滴电极、所述电解液和所述对电极形成的回路中的标准液对应的电流大小I_校准和待测样品对应的电流大小I_待测；

(3)待测样品的液滴表面zeta电势ζ_待测通过如下公式计算得出：

进一步地，所述标准液采用浓度为0.1mol/L，pH＝5.5的NaCl溶液。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的液滴表面zeta电势检测装置及方法，无需施加电场，操作方便，整个系统运行安全稳定。

2、本发明提供的液滴表面zeta电势检测装置结构简单，样品溶液的滴加以及待测液滴的形成方便快捷，可以连续检测待测样品液滴表面电荷的极性以及数量，检测结果可靠。

综上，应用本发明的技术方案，当液滴电极上的液滴与电解液表面接触时，系统形成闭合回路，系统中会感应出电流，通过皮安表可以测得流经系统的电荷量，从而实现对液滴电极上液滴电荷数量以及电性的检测。因此，本发明的技术方案解决了现有技术中的液滴表面电荷检测的方法所用装置复杂，检测过程繁琐，数据处理步骤较多的技术问题。

基于上述理由本发明可在电荷检测技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明图所述电势检测装置结构示意图。

图中：1、样品池；2、塑料毛细管；3、节流阀；4、液滴电极；5、电解液池；6、对电极；7、皮安表。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种液滴表面zeta电势检测装置，包括：液滴发生器、皮安表7、对电极6和电解液池5；

所述液滴发生器包括样品池1、塑料毛细管2和液滴电极4；所述塑料毛细管2一端通过一体成型与所述样品池1相连通，另一端与中空的所述液滴电极4粘接且相连通；所述塑料毛细管2中部设置用于控制待测样品流速的节流阀3；所述液滴电极4底部出口为平切口；

所述电解液池5内部盛放有电解液，所述对电极6一端伸入所述电解液内部，另一端与所述皮安表7的红表笔电连接，所述皮安表7的黑表笔与所述液滴电极4电连接；所述液滴电极4底部出口与所述电解液的液面垂直距离为1.5mm。

进一步地，所述对电极6插入所述电解液的末端裸露出长度不大于3mm的金属。

进一步地，所述对电极6表面包覆设置绝缘塑料层，所述绝缘塑料层厚度至少为3mm。

优选地，所述绝缘塑料层厚度为3mm。

进一步地，所述对电极6的绝缘塑料层至少位于所述电解液液面下方2cm。

通过在所述对电极6表面设置绝缘塑料层，可以防止液滴滴落时在该电极上感应出电流，所述绝缘塑料层越厚，效果越好。

在本申请中，所述液滴电极4底部出口与所述电解液的液面垂直距离限定了所述液滴发生器形成的液滴下落至与所述电解液接触时的大小，在检测过程中，待测样品在所述样品池1内，通过调节所述节流阀3使待测样品经过所述塑料毛细管2并通过所述液滴电极4底部出口形成液滴，当液滴下落至与所述电解液接触时使所述液滴电极4、所述电解液和所述对电极6之间产生闭合回路，系统中有电荷转移，通过所述皮安表7能够检测系统中转移的电荷量以及电荷的极性。

实施例2

在本实施例中，与实施例1的区别在于所述液滴电极4底部出口与所述电解液的液面垂直距离为2mm。

进一步地，所述对电极6的绝缘塑料层至少位于所述电解液液面下方2.5cm。

实施例3

在本实施例中，与实施例1和实施例2的区别在于所述液滴电极4底部出口与所述电解液的液面垂直距离为3mm。

进一步地，所述对电极6的绝缘塑料层至少位于所述电解液液面下方3cm。

实施例4

在实施例1-3的基础上，本发明还提供了一种利用所述的电势检测装置的液滴表面zeta电势检测方法，包括如下步骤：

(1)分别将配置好的标准液和待测样品注入所述样品池内，缓慢调节所述节流阀，使流入所述塑料毛细管内部的标准液流入所述液滴电极，通过所述滴液孔形成液滴；

(2)液滴由于重力作用逐渐变大并下落，液滴下落至与所述电解液接触后，所述皮安表分别检测所述液滴电极、所述电解液和所述对电极形成的回路中的标准液对应的电流大小I_校准和待测样品对应的电流大小I_待测；

(3)待测样品的液滴表面zeta电势ζ_待测通过如下公式计算得出：

进一步地，所述标准液采用浓度为0.1mol/L，pH＝5.5的NaCl溶液。

在本发明所述方法中，通过所述皮安表6的电荷模式可以测得液滴表面电荷数量，通过所述皮安表6的电流模式可以测得液滴表面电荷的极性。

采用本发明提供的液滴表面zeta电势检测装置及方法，检测过程中使用液滴电极保证带检测液滴的稳定存在，通过控制液滴电极与电解液的距离精确控制液滴大小，使用高精度皮安表使得信号采集结果准确，提高了检测精度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种液滴表面zeta电势检测装置，其特征在于，包括：液滴发生器、皮安表、对电极和电解液池；

所述液滴发生器包括样品池、塑料毛细管和液滴电极；所述塑料毛细管一端通过一体成型与所述样品池相连通，另一端与中空的所述液滴电极粘接且相连通；所述塑料毛细管中部设置用于控制待测样品流速的节流阀；所述液滴电极底部出口为平切口；

所述电解液池内部盛放有电解液，所述对电极一端伸入所述电解液内部，另一端与所述皮安表的红表笔电连接，所述皮安表的黑表笔与所述液滴电极电连接；所述液滴电极底部出口与所述电解液的液面垂直距离为1.5mm-3mm。

2.根据权利要求1所述的液滴表面zeta电势检测装置，其特征在于，所述对电极插入所述电解液的末端裸露出长度不大于3mm的金属。

3.根据权利要求1所述的液滴表面zeta电势检测装置，其特征在于，所述对电极表面包覆设置绝缘塑料层，所述绝缘塑料层厚度至少为3mm。

4.根据权利要求3所述的液滴表面zeta电势检测装置，其特征在于，所述对电极的绝缘塑料层至少位于所述电解液液面下方2cm-3cm。

5.一种利用如权利要求1-4任意权利要求所述的电势检测装置的液滴表面zeta电势检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)分别将配置好的标准液和待测样品注入所述样品池内，缓慢调节所述节流阀，使流入所述塑料毛细管内部的标准液流入所述液滴电极，通过所述滴液孔形成液滴；

(2)液滴由于重力作用逐渐变大并下落，液滴下落至与所述电解液接触后，所述皮安表分别检测所述液滴电极、所述电解液和所述对电极形成的回路中的标准液对应的电流大小I_校准和待测样品对应的电流大小I_待测；

(3)待测样品的液滴表面zeta电势ζ_待测通过如下公式计算得出：

6.根据权利要求5所述的液滴表面zeta电势检测方法，其特征在于，所述标准液采用浓度为0.1mol/L，pH＝5.5的NaCl溶液。