《巖石物理學(xué)》課程報(bào)告：陽離子交換量測量

§陽離子交換量測量粘土的陽離子交換作用陽離子交換量的表示：Qv:可交換的陽離子的摩爾數(shù)/總孔隙體積，單位為mol/L或mmol/cm^3。CEC:可以交換的陽離子的摩爾數(shù)/100g巖樣，單位為1mmol/100g干巖樣。

離子交換計(jì)量實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

樣品處理（顆粒巖樣，洗油，洗鹽）

測定樣品酸堿性溶液制備

NH4ClBaCl2亞甲基藍(lán)醋酸銨,EDTA六氨合鈷離子

滴定法（化學(xué)方法）

比色分析方法（目視比色和分光光度計(jì)法）主要步驟一、滴定法（1）向制備的溶液中加入交換絡(luò)合劑，其可以與溶液中的二價(jià)和三價(jià)的金屬陽離子交換形成電離度小而穩(wěn)定的絡(luò)合物，用95%乙醇洗去過剩的銨鹽形成銨質(zhì)土。（2）將銨質(zhì)土加水和NaOH進(jìn)行蒸餾，氨在堿性溶液中加熱時(shí)呈氨()態(tài)逸出。（3）用硼酸溶液吸收氨。（4）用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定吸收液，至滴定終點(diǎn)。（甲基紅）（5）計(jì)算巖樣的陽離子交換量：式中，為標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的當(dāng)量濃度；為標(biāo)準(zhǔn)鹽酸的用量；為空白試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)鹽酸的用量；為樣品重量；藍(lán)綠色淺粉色二、比色分析法比色分析法是一種基于比較溶液顏色深度的分析方法，其原理是物質(zhì)對(duì)光的吸收作用。比色分析特別適用于微量組分的測定,靈敏度高，測量濃度下限為。比色分析測定手續(xù)簡便快速，所用儀器也不復(fù)雜。

測量原理當(dāng)一束平行的單色光通過溶液時(shí)，由于溶質(zhì)吸收光能而使光的強(qiáng)度降低。這種觀象稱為溶液對(duì)光的吸收作用。溶液對(duì)單色光的吸收遵循朗伯—比耳（Lambert-Beer）定律：

I0為入射光強(qiáng)度

It為透過溶液后光的強(qiáng)度L為液層總厚度c為溶液濃度為吸光系數(shù)。令，稱透射比或透光度；，稱吸光度或消光度，則朗伯---比耳可改寫為：

測量方法

一般在光電比色計(jì)和分光光度計(jì)中，除了有表示吸光度(消光度、光密度)的讀數(shù)以外，還同時(shí)有透射比的讀數(shù)標(biāo)尺。在光電比色和分光光度測定中，朗伯—比耳定律是定量分析的依據(jù)。如果保持入射光強(qiáng)度一定，并使液層厚度保持不變，則測得吸光度A與溶液的濃度c成直線關(guān)系（見下頁）。圖2．2吸光度與濃度工作曲線圖2．3透射比與濃度工作曲線從吸光度與濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線可知，其直線斜率是由吸光度A換算為溶液濃度的比例系數(shù)，因此有了就可以用分光光度計(jì)測量溶液的濃度了，即。實(shí)際工作時(shí)的具體步驟：準(zhǔn)備好一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在一定條件下顯色。選擇一定波長的單色光，分別測定它們的吸光度(或透射比)，將測得的吸光度與濃度在平面直角坐標(biāo)上作圖，得到一條直線(如上圖2-2所示)；或者將測得的透射比與濃度作圖，得到一曲線(如上圖2-3所示)，它們稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線。測定試樣時(shí)，在和繪制工作曲線相同的條件下進(jìn)行顯色，然后測定其吸光度(或透射比)，就可從工作曲線上查得相應(yīng)的濃度。影響因素光學(xué)因素朗伯—比耳定律只適用于單色光。如果比色測定時(shí)使用復(fù)合光，將引起對(duì)朗伯—比耳定律的偏離，如圖2.4所示。因此，要求光源的單色性要好?；瘜W(xué)因素圖2．4復(fù)合光對(duì)朗伯—比耳定律的偏差主要包括離解作用、水解作用、絡(luò)合作用和有色懸浮物質(zhì)的影響。測定條件的優(yōu)選(1-3)1.顯色劑選擇選擇原則：靈敏度高、選擇性強(qiáng)、穩(wěn)定性好。2.顯色條件選擇a．顯色劑濃度：一般要大于被測組份濃度，以避免顯色物質(zhì)的離解。b．顯色劑酸度：由于酸度影響溶液顏色、顯色反應(yīng)及被測離子狀態(tài)，因此要根據(jù)具體情況選擇合適的酸度，使酸度的影響降到最小。

例如，顯色劑二甲酚橙，pH>6.3時(shí)呈紅色，pH<6.3時(shí)呈黃色，它與大部分金屬離子形成的絡(luò)合物呈紫紅色，因此應(yīng)選pH<6.3的二甲酚橙進(jìn)行金屬離子的檢測效果最佳。3.測定條件選擇(a-c)a．空白溶液選擇空白溶液指不含被測組份的溶液，它被用來校正儀器吸光度讀數(shù)為零（透射比100%），作為測定吸光度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。因而，儀器測量前先測量空白溶液，由此進(jìn)行儀器讀數(shù)調(diào)零?？瞻兹芤旱倪x擇原則：所選空白溶液的吸光性能盡量與用來溶解被測物質(zhì)的溶劑性能接近。b．對(duì)成套比色皿的要求同一套比色皿內(nèi)，彼此的透射比偏差不得大于0.5%。c．對(duì)吸光度讀數(shù)范圍要求根據(jù)吸光定律可得透射比讀數(shù)誤差與溶液濃度誤差有以下關(guān)系：

其圖形如圖2-5所示，由圖可見，=0.2～0.65（或Ａ=0.2～0.7）范圍內(nèi)的濃度相對(duì)誤差較小，因此，為了減小讀數(shù)誤差對(duì)測定結(jié)果的影響，應(yīng)該控制試圖2-5透射比與測定相對(duì)誤差關(guān)系溶液的濃度和選擇比色皿的光徑厚度，或者使用消光片(一種中性玻璃濾光片，又稱灰玻璃)，使溶液的(或A)讀數(shù)在標(biāo)尺的中部。一般可控制在A為0.2至0.7以內(nèi)。三、氨氣敏電極法采用0.005MEDTA(乙二胺四乙酸)與醋酸銨混合溶液作為交換劑,在適宜的pH條件下，在有醋酸銨緩沖液的存在時(shí),這種交換絡(luò)合劑可與兩價(jià)或三價(jià)金屬離子進(jìn)行交換,并形成電離度小而穩(wěn)定的絡(luò)合物。再用95%的乙醇洗去過剩的銨鹽,制成銨質(zhì)土。加入KCI溶液的目的是為了使銨質(zhì)土呈懸浮液和交換銨離子的作用,然后加堿使其pH達(dá)11以上,插入氨電極,用標(biāo)準(zhǔn)添加法測定待測液中銨離子濃度,計(jì)算出土壤陽離子交換量。主要原理氨氣敏電極為一復(fù)合電極，以pH玻璃電極為指示電極，銀-氯化銀電極為參比電極。當(dāng)銨質(zhì)土懸浮液中加入強(qiáng)堿溶液將pH提高到11以上，生成的氨氣由于擴(kuò)散作用通過半透膜(水和其他離子則不能通過)，使氯化銨電解質(zhì)薄膜層內(nèi)NH3+H2O=NH4++OH-反應(yīng)向右移動(dòng)，引起氫氧根離子濃度改變，由pH玻璃電極測得其變化，在恒定的離子強(qiáng)度下測得的電動(dòng)勢與溶液中氨氮濃度的對(duì)數(shù)呈一定的線性關(guān)系，由此可從測得的電位值，確定樣品中氨氮的含量。具體步驟（1）稱取通過60孔篩子的巖樣1克,放入10毫升離心管中,加EDTA一醋酸銨溶液80毫升左右,以帶橡皮頭玻璃棒磨洗l分鐘,然后洗橡皮頭玻棒。（2）將離心管在粗天平上成對(duì)平衡,對(duì)稱放入離心機(jī)中離心3一5分鐘,轉(zhuǎn)數(shù)3000轉(zhuǎn)/分左右,取出離心管并倒出清液。（3）將載土的離心管管口向下,用自來水沖洗外部,然后再用不含銨離子的95%乙醇20一30毫升,如前攪拌樣品,洗去過量的醋酸銨,洗至無銨離子反應(yīng)為止(一般洗3次即可),最后一次清液倒去時(shí)并同時(shí)滴入白瓷板中一到二滴,用納氏試劑檢查之,與空白顏色一致即己洗凈。（4）最后向載土的離心管中,以50毫升醋酸銨溶液分?jǐn)?shù)次加入,充分?jǐn)嚢韬?再用其洗凈橡皮頭玻棒,無須離心。（5）放鐵芯攪棒于離心管中,再把離心管放在150毫升高型燒杯里,用磁力攪拌器攪拌。(6)在未測定待測懸浮液之前,應(yīng)先將儀器預(yù)熱30分鐘后,首先測定標(biāo)準(zhǔn)溶液,由二者讀數(shù)之差求出斜率(S)。(7)然后將氨電極插入待測的懸浮液中,加NaOH6一10滴,指針開始急速移動(dòng),停止不動(dòng)后記下讀數(shù)(E1)。(8)隨即以1毫升刻度管吸取O.6M氯化銨標(biāo)準(zhǔn)溶液0.2一0.6毫升(視第一次讀數(shù)多少而定,使△E在20一3OmV以內(nèi)),加入試液指針又開始移動(dòng),停止后,記下第二次讀數(shù)(E2)。第二次與第一次讀數(shù)之差即為△E。結(jié)果計(jì)算式中：為摩爾濃度；為標(biāo)準(zhǔn)溶液氯化銨濃度；

S為電極斜率；

Antilg為反對(duì)數(shù)；

參考文獻(xiàn)：[1]吳冰潔.泥質(zhì)砂巖的陽離子交換量測量.測井技術(shù)[J].1981:7-11.[2]劉永德,曾凱,韋鵬,趙煒.朗伯-比爾定律偏差分析.中國水運(yùn)