CN114235910A - 一种弹性体pH计 - Google Patents

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蒋山泉
孙向卫
邓小红
李强
胡承波
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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Abstract

一种弹性体PH计，通过弹性体微球对介质液体酸碱变化作出体积敏感反应从而显示出介质液体的PH值。本发明为酸碱指示提供一种简单可靠的技术手段。该PH计具有耐腐蚀、不易磨损、结构简洁的优点。

Description

一种弹性体pH计
技术领域
一种测量酸碱的仪器，具体使涉及一种应用酸碱敏感性的弹性体制作的酸碱测量仪器。
背景技术
电化学pH计测量介质酸碱度时，工作环境较差，非常容易发生化学腐蚀，物理磨损，降低pH计精度乃至缩短传感器的使用寿命。此外，电化学pH计需要定期更换传感器工作液，校正标准pH值以确保测量精度，大大增加了操作者的工作强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹性体制作的酸碱指示仪器弹性体PH计，以解决上述背景技术中提出的pH计易腐蚀、易磨损且操作困难的缺陷。并为酸碱指示提供一种简单可靠的技术手段。该PH计工作原理是弹性体对介质液体酸碱变化作出体积敏感反应从而显示出介质液体的PH值。对酸碱敏感的弹性体树脂在pH计中充当指示物质，它是一种微球状树脂A，其直径为0.5-5mm。这种弹性体具备酸性环境下收缩，碱性膨胀特性；树脂A为苯乙烯类聚合物具有耐酸碱、耐老化特性，理化性质稳定；pH计主体为透明有机玻璃容器，容器内的酸碱敏感的微球状弹性体A 在外界环境pH变化后可自由膨胀和收缩。容器标有指示刻度标示流过液体的酸碱度；容器上下有进出液体的微开孔通道，将固体杂质隔离；指示器为可上下运动的有空塑胶制得，微球状弹性体上下两端由无纺布隔离，限制微球无序运动和流出容器。
弹性体树脂A制作步骤如下：（1）乙烯苯、α—甲基丙烯酸、二乙烯苯、过氧化苯甲酰，重量比为7:10:1:0.2搅拌溶解构成油相；（2）配制0.1%聚乙烯醇分散剂溶液，分散剂聚乙烯醇加入定量蒸馏水，于80℃水浴中加热3h溶解。在三口烧瓶中，加入聚乙烯醇水溶液，三口烧瓶置于恒温水浴锅中，边搅拌边升温至80℃，聚乙烯醇水溶液构成水相，水相和油相重量比略为4:1；（3）向三口烧瓶内滴加入油相开始反应，反应时间4 h，滴加过程2—3h，通N215min后在搅拌下反应，控制一定的搅拌速率300转/分，反应结束得微球状树脂P (St-DVB-MAA)粗产品。（4）树脂预处理：用蒸馏水洗涤粗产品三次，以除去未完全反应的单体和分散剂，最后用布氏漏斗分离。产物在60℃ 下烘干，得到交联的弹性P (St-DVB-MAA)微球。（5）弹性体筛选：筛选直径在0.5-5mm的微球备用。
树脂合成单体α—甲基丙烯酸是亲水基团，且是pH值敏感单体，常用于智能水凝胶材料合成，作为树脂P (St-DVB-MAA)单体，导致树脂具较强溶胀性，且对pH敏感。
树脂溶胀后形成高分子P (St-DVB-MAA)网络；在酸性环境中羧基会形成氢键，氢键会将凝胶中的大分子链段连接起来使凝胶的网络收缩，阻止水分子从溶液中进入凝胶网络内部，这时其溶胀率较低；羧基在碱性环境下，存在形式会发生变化，羧基被电离为羰基，这样羧基在酸性环境中建立的氢键被破坏，网络中网孔尺寸增大，很容易就接纳了水分子的进入，高分子网络便会溶胀。
高分子P (St-DVB-MAA)骨架是聚苯乙烯，具有耐腐蚀、耐剪切的优点，所以被成为弹性体。
附图说明
图1微球树脂A的pH-溶胀实验图；
图2本发明的结构示意图；
图3碱性介质中结构示意图；
图4酸介质中结构示意图。
附图中标记：1、弹性体pH计；2、主体；3、pH刻度；4、树脂微球；5、进水滤板；6、指示挡板7、出水滤板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一定酸碱度的水溶液由5进水滤板进入1弹性体pH计的2主体，水溶液通过6指示挡板流经4树脂微球；保持一定水流使树脂湿润，树脂微球吸收大量的水分子得以膨胀，时间维持一分钟。其膨胀程度由水溶液pH值决定。由于膨胀程度与pH值存在定量关系，通过pH计2主体上的3 pH刻度标示出来。自上而下的水溶液流经pH计从最下面的7出水滤板流出。pH刻度为通过与标准pH的溶液实验多批次获得。指示器为微球顶部的可透水的多空塑胶制得，并可以上下移动。进出水滤板为无纺布制得。
弹性体树脂A制作步骤如下：（1）乙烯苯、α—甲基丙烯酸、二乙烯苯、过氧化苯甲酰，重量分别为7g、10 g、1 g、0.2 g搅拌溶解构成油相（2）配制80g的0.1%聚乙烯醇分散剂溶液，分散剂聚乙烯醇加入定量蒸馏水，于80℃水浴中加热3h溶解。在三口烧瓶中，加入聚乙烯醇水溶液，三口烧瓶置于恒温水浴锅中，边搅拌边升温至80℃，聚乙烯醇水溶液构成水相，水相和油相重量比略为4:1；（3）向三口烧瓶内滴加入油相开始反应，反应时间4 h，滴加过程2—3h，通 N215min后在搅拌下反应，控制一定的搅拌速率300转/分，反应结束得微球状树脂P (St-DVB-MAA)粗产品。
选取10克微球树脂作pH溶胀实验，结果见图1。从图1可知两点信息，（1）树脂普遍溶胀度高，表现出较明显的亲水性能，呈现凝胶化趋势，而这正是水溶液酸碱指示的基础；（2）树脂对溶液pH值敏感，溶胀随pH变化而变化，具有pH响应性：pH升高，溶胀度增加，当pH为7溶胀度略为100%；pH为5，溶胀度为60%，继续降低pH，溶胀度下降有限；当pH为10溶胀度等于150%。树脂的溶胀度随溶液pH作规律变化。

Claims (5)

1.一种弹性体pH计，其特征在于，包括弹性体pH计的主体，主体上标有pH刻度，在pH计内有一定量的树脂微球A，在pH计主体上端设进水滤板，在树脂微球顶部有指示挡板，在主体下端有出水滤板。
2.如权利要求1所述的一种弹性体pH计，其特征在于，A的制作步骤如下：
1）乙烯苯、α—甲基丙烯酸、二乙烯苯、过氧化苯甲酰，重量比为7:10:1:0.2搅拌溶解构成油相（2）配制0.1%PVA分散剂溶液，分散剂PVA加入定量蒸馏水，于80℃水浴中加热3h溶解；在三口烧瓶中，加入聚乙烯醇水溶液，三口烧瓶置于恒温水浴锅中，边搅拌边升温至80℃，聚乙烯醇水溶液构成水相，水相和油相重量比略为4:1；（3）向三口烧瓶内滴加入油相开始反应，反应时间4 h，滴加过程2—3h，通 N215min后在搅拌下反应，控制一定的搅拌速率，300转/分，反应结束得微球状树脂P (St-DVB-MAA)粗产品；（4）树脂预处理：用蒸馏水洗涤粗产品三次，以除去未完全反应的单体和分散剂，最后用布氏漏斗分离，产物在60℃ 下烘干，得到交联的弹性P (St-DVB-MAA)微球；（5）弹性体筛选：筛选直径在0.5-5mm的微球备用。
3.如权利要求1所述的一种弹性体pH计，其特征在于，pH刻度系多次实验得出。
4.如权利要求1所述的一种弹性体pH计，其特征在于，进水滤板由无纺布制得。
5.如权利要求1所述的一种弹性体pH计，其特征在于，指示挡板为多空塑胶制得。
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