相对电导率（精选7篇）
相对电导率 篇1
各有关单位:
根据国家标准化管理委员会“国标委综合[2013]90号”文《关于下达2013年第二批国家标准制修订计划的通知》, 由全国电工合金标准化技术委员会申报的《弱磁材料相对磁导率的测量方法》国家标准 (制定) 已批准立项, 计划编号为20132418-T-604。另据工业和信息化部办公厅 (工信厅科[2014]114号) 《关于印发2014年第二批行业标准制修订计划的通知》, 本标委会申报的机械行业标准修订项目《铆钉型电触头技术条件》和《铆钉型电触头用线材技术条件》获立项, 项目编号分别为2014-0575T-JB和2014-0576T-JB。
有意参加以上标准制修订工作的单位, 请与电工合金标委会秘书处联系。联系人:谢永忠 (0773-5888296, 13978390235) 。
电导率测量原理 篇2
电导率技术是一个非常重要的工程技术研究领域[1]。电导率的测量被广泛应用于电厂、化工、冶金、医药和污水处理等部门的水质监测以及通过电导率测量溶液浓度 (如盐量计、酸碱浓度计等) [2]。国民经济和科学技术的不断发展, 对溶液电导率测量要求也越来越高。
对电导率的测量通常采用电极电导率测量法、电磁电导率测量法[3]和超声波电导率测量法[4,5], 尤其以前两种应用更为普遍[6]。电磁电导率测量实质上是通过电磁感应方法测量溶液回路导电能力, 通过一个线圈 (发射极) 在液体回路中产生感应电压, 通过另一个线圈 (接受极) 接收由于感应电压而在液体回路中产生电流。只要保持回路中的电流与电导率成正比。这种测量法由于不使用电极, 不存在电极极化问题, 也不存在电极表面涂镀耐腐蚀材料和堵塞问题, 可在强酸强碱、高温高压等恶劣的条件下使用。但该方法的测量机理决定了它只能测量高电导率的溶液, 不适于高纯水测量, 测量范围窄。同时用该方法研制的电导率仪造价高。相对而言, 电极电导率测量方法采用电极结构简单, 造价低廉, 测量范围广, 本文主要研究电极型电导率测量法。
1 溶液电导率
金属导电是靠金属晶体间的自由电子在外加电场的作用下作定向运动实现的, 而电解质溶液的导电则是靠分布在溶液中的正、负离子在外加电场的作用下分别作定向 (两者异向) 运动完成。这是二者导电的本质区别。从外观看两者十分相似, 特别是采用交流电源时, 溶液的导电问题也可采用欧姆定律处理。一段金属导体电阻为
式中l表示导体长度 (cm) , A表示导体的截面积 (cm2) , ρ表示电阻率 (Ω·cm) , 是与材料性质有关的常数。
金属中ρ随温度变化成正比变化, 而溶液中ρ则随温度变化成反比变化。为运算方便, 概念一致, 把溶液的这种反比关系变成正比关系, 将式 (1) 中的电阻率ρ改为其倒数1/ρ=k, 电阻R也改用其倒数1/R=G, 则有
变形得
式中G为电导 (Ω-1) , l为电解质溶液的导电长度 (cm) , 与电极间距有关。A为电解质溶液的导电截面积 (cm2) , 与电极面积有关。K称为电极常数, 即电导池常数, 电极结构确定, 电极常数也随之确定。k称为电导率 (Ω-1·cm-1或S·cm-1) , 其物理意义是边长为1cm的立方体内所包含液体的电导。用k表征电解质溶液的导电能力, 对应于用ρ表征金属导体的导电能力。电导率越高, 溶液的导电能力越强。
实验证明, 溶液电导率与其当量浓度、离解系数、正负离子迁移率之和成正比。因此由电导率可以求得溶液浓度, 这称为电导式分析仪器研制的基础。如各种酸碱浓度计、盐量计。电导率作为衡量水质和测量溶液浓度的一项重要指标, 是很重要的化学量。
2 电解质溶液的导电机理
电极电导率测量法根据电解导电原理采用电阻测量法间接测量电导率, 电导测量电极在测量过程中表现为一个复杂的电化学系统。对电导电极施加直流电, 将在阳极上发生氧化反应, 在阴极上发生还原反应, 这就是法拉第过程。这时产生了电解产物, 并且在电极与溶液构成电势, 其方向与外加电势相反, 使得电极间的电流减小, 等效溶液电阻增加, 产生化学极化效应。同时在电解过程中, 与电极接近处溶液的离子浓度很快减少, 溶液中供给离子的速率, 较因电子交换而失去的离子的速率小, 因而, 电极与溶液的接触面之间失去平衡状态。这也是一种极化效应, 称为浓差极化。电极产生的极化现象严重影响测量精度。
以下介绍双电层的形成, 通过双电层可以更好的理解极化效应以及电容效应。当浸没在电解质溶液内的电极两端有电位差时, 电流的瞬间波动可能在电极表面产生过量或不足的负电荷。同时, 由于离子是可移动的, 紧靠电极的溶液层获得相反的电荷。这种效应如图1 (a) 所示。带电层由两部分组成:紧密内层, 其上电位随电极表面的距离增大而线性的减小。分散层, 其上电位的减少呈指数关系:紧密内层和分散层的交界面称为外亥姆霍兹平面。如图1 (b) 所示。这种不均匀的电荷集合称为双电层。
宏观上, 对于直流电来说, 双电层在形成时需要有瞬时电流通过, 电极上若无电化学反应, 这个瞬时电流很快下降为0, 产生电极的极化;对于交流电, 每个周期内电荷关系都将发生一次颠倒, 引起了一系列的电容效应。电极表面交替吸引正负离子, 离子主要在平衡位置处往复振动, 电能主要消耗在这种离子振动所产生的摩擦热上。这时每个电极表面都可以看作有一个电容在起作用, 该电容称为双电层电容, 数量级常达几十到几百F/cm2。同时在两个电极之间由于电荷的互相迁移以及电荷对电极的迁移形成电解质电容。
3 电导率测量面临的问题
经以上分析, 可以说电导池在测量中表现为一个复杂的电化学系统。电导电极等效为电阻和电容串并联构成的网络 (只针对交流电源, 直流电源极化严重, 故一般不采用直流电源) , 如图2 (b) 所示。RL1、RL2为电极引线电阻;CDL1、CDL2为双电层电容, 与溶液电阻RX相串联;Z1、Z2为发生电极反应, 产生化学极化和浓差极化时, 两电极上的极化阻抗, 也称法拉第阻抗。CP为电解质电容, 与溶液电阻相关联, 电极引线分布电容在高频、引线较长时, 可以达到几百到几千PF, 远大于电解质电容, 分析时可以取代电解质电容与溶液电阻并联。
4 解决方案
针对电导池等效电路, 对电导率测量所面临的问题以及基本的解决方案总结如下:
4.1极化效应 (包括化学极化和浓差极化) 。电解过程中, 电极两端加直流电时极化严重, 溶液电阻有增大趋势, 误差很大。因此不能采用直流电源, 而是采用交流电源。一般的说, 施加交流电源时电极极化现象比较轻微。但在测量高浓度溶液, 电极电流密度过大, 或电源电压有直流分量等情况下, 仍有明显的极化现象产生。交流情况下, 极化造成的误差为
式中δ为测量偏差, RX为溶液电阻, U为极化反电势, f为激励源频率。从式 (4) 中可以看出提高激励源频率和溶液电阻, 减小极化反电势可以降低极化效应带来的偏差。极化反电势和电流密度成正比, 所以可以通过降低激励源电压幅值 (给定溶液电阻情形下, 可以减小电流密度) 减小极化反电势。溶液浓度无法改变, 要想减小溶液电阻, 见式 (3) , 只能改变电极结构和几何尺寸 (l和A) 即电极常数 (k) , 但限制太大。最有效的方法是提高频率, 一般为1000~2000Hz, 高时为3000~4000Hz, 不能无限制提高, 原因在于电容效应。在一般过程测量要求不高时, 可采用50Hz交流电。另外, 在电极极板上涂铂黑, 加大极板面积, 降低电极表面电流密度, 也是抑制极化的有效方法。
4.2电容效应。如图2 (b) 所示, 双电层电容、电解质电容和引线分布电容。双电层电容与溶液电阻串联, 在低阻溶液测量时, 其容抗与溶液电阻相当, 分压作用明显。电解质电容与溶液电阻相并联, 高阻溶液时与溶液电阻相当, 分流严重。电极引线分布电容可以并入电解质电容, 一起考虑, 一般电解质电容远小于引线分布电容。为提高测量灵敏度, 尤其是在低阻 (高电导) 时应提高溶液电阻在整个电极阻抗中的比例。有两种方法, 一种是加大溶液电阻, 如以上极化效应所述, 不易实现。另一种是提高频率, 降低电容容抗。频率升高, CDL1和CDL2容抗降低, 减小了与溶液电阻的分压, 同时对降低极化影响也是有利的。但CP容抗也在降低, 分流作用会加大, 尤其在高阻时。因此频率不能无限制提高, 一般原则是高阻时采用低频, 低阻采用高频。
为分析方便, 交流激励源下, 认为消除极化效应。引线电阻, 和电解质电容很小, 可以忽略。则可以得到合理而简化的电导池等效电路图3。CX表示双电层电容。CP表示引线分布电容。通常情况下, CX (μF级) >>CP (PF级) 。
在高溶液电阻或者采用高频情况下, 双电层电容CX容抗相对很小时, 则双电层电容也可以省略掉, 得到进一步简化的等效电路如图4所示。电导池等效为溶液电阻和引线分布电容相并联, 这种等效电路也很常用。
4.3温度对电导率测量的影响与溶液性质相关, 而与电导池结构无关, 因此它对电导率测量的影响和极化效应、电容效应对电导率测量的影响是相对立的。
结束语
电导率作为衡量水质和测量溶液浓度的一项重要指标, 是很重要的化学量。电极电导率测量法根据电解导电原理采用电阻测量法间接测量电导率, 电导池在测量中表现为一个复杂的电化学系统。极化效应、电容效应和温度为影响电导率测量的主要因素。通过对这三个因素的解决进而提高测量精度。
摘要：本文介绍了电极型电导率的测量方法, 对电导率测量机理进行分析, 由于测量电极表现为一个复杂的电化学系统, 就电导率测量目前面临的3个问题, 极化效应、电容效应和温度, 提出了解决方案, 从而进一步提高了测量精度。
关键词：电导率,极化效应,电容效应,温度
参考文献
[1]周明军, 尤佳, 秦浩等.电导率传感器发展概况[J].传感器与微系统, 2010, 29 (4) :9-11.
[2]向波荣.工业电导率测试系统的研制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2007.
[3]陈怡, 李平, 梅基强.电磁式电导浓度仪[J].化工自动化及仪表, 1997, 24 (1) :56-58.
[4]A.Skumiel, M.Labowski.Ultrasonic wave propaga-tion in liquid electrically conducting media in aconstant external magnetic field.Acustica, 1995, 81 (2) :117-128.
[5]U.K.Basak, G.Nevzat.Electrical conductivityimaging via comractless measurements:An experi-mental study.IEEE Transactions on MedicalImaging, 2003, 22 (5) :627-635.
[6]K.A.Sudduth, N.R.Kitchen, G.A.Bollero.Comparisonof eletromagnetic induction and direct sensing ofelectrical conductivity.Agronomy Journal, 2003, 95 (3) :472-482.
[7]刘铁军.工程电导测试技术及应用研究[D].杭州:浙江大学博士论文.2006:8-9.
2024铝合金电导率的研究 篇3
关键词：2024铝合金,热处理,电导率
2024 铝合金是国内外航空、机械工业中应用最广的铝合金之一, 然而, 对铝合金热处理工艺的控制和使用过程中, 特别是在短时较高温度下, 材料出现的问题, 通常都采用破坏的形式进行金相检查, 或采用抗拉试验或硬度试验来检测铝合金热处理质量。由于铝合金热处理后, 在一个强度 (硬度) 值下, 可能有两个不同状态。因此, 只用强度或硬度来控制铝合金热处理后的质量是一种已经落后的检测方法, 是不能完全确保质量的。电导率检测方便快捷, 工作效率高, 且基本不受被检件形状、重量等条件限制, 对零件无损检测独具优势。国内外已有很多采用测电导率的方法来决定铝合金的热处理工艺和某些力学性能的报道[1,2,3]。本研究的目的是通过一系列试验摸索出2024 铝合金热处理制度与电导率之间的关系, 为铝合金原材料的电导率检验及零件的电导率检验提供经验与数据支持。
1 试验过程
1.1 试验用原材料
试验材料为2024 铝合金, 化学成分见表1。
1.2 试验方案
(1) 退火温度对2024 铝合金电导率的影响。退火温度分别为300℃、350℃、400℃, 保温2h, 出炉空冷。
(2) 固溶温度对2024 铝合金电导率的影响。固溶处理温度分别为485℃、490℃、495℃、500℃及505℃, 保温1h, 水淬, 自然时效96h。
(3) 人工时效温度对2024 铝合金电导率的影响。固溶温度495℃, 保温1h, 水淬, 分别180℃、185℃、190℃、195℃、200℃时效, 保温12h, 空冷。
(4) 自然时效时间对2024 铝合金电导率的影响。固溶温度495℃, 保温1h, 水淬, 自然时效24h、48h、72h、96h、120h。
1.3 试验设备
试验选用D60K型、精度为±0.12MS/m的涡流电导率测量仪;在每个试样两端分别取3 点测量电导率值, 6 个测量值的算术平均数为该试样电导率值。
2 试验结果及分析
2.1 退火温度对2024 铝合金电导率的影响
图1 显示了退火温度对铝合金电导率的影响。电导率随退火温度升高而降低。这是因为当温度升高时, 合金中第二相溶解增多, 过饱和固溶体的浓度增加, 使基体晶格畸变增加, 基体点阵中的电子散射源的数量和密度也随之增加, 导电电子的平均自由程变小而使电导率下降。
2.2 固溶温度对2024 铝合金电导率的影响
铝合金固溶温度对电导率的影响见图2。从图中可以看出, 随着固溶温度的逐渐升高, 电导率则逐渐降低。固溶程度越大, 作为溶质元素的异类原子引起的作为溶剂元素的晶格点阵畸变越大, 电子的散射越大, 导致电子的平均自由程越小, 电导率越低。此外, 合金组元间的相互作用引起有效电子数减少, 也会使电阻率增大, 从而使电导率下降。
2.3 人工时效温度对2024 铝合金电导率的影响
延伸率与人工时效温度的关系如图3 所示, 可见随着时效温度的升高电导率逐渐增大。这是因为当时效温度升高时, 淬火得到的过饱和固溶体将逐步析出溶质原子, 使合金的晶格畸变程度减少, 内应力降低, 从而使电子运动变得容易, 电导率逐步增大。时效温度越高, 强化相析出越充分, 合金的电导率越高。
2.4 自然时效时间对2024 铝合金电导率的影响
电导率与自然时效保温时间的关系见图4, 随着时间的延长, 电导率逐渐升高, 在96 小时之后变化趋势不明显。这是因为当时效时间增加时, 淬火得到的过饱和固溶体将逐步析出溶质原子, 使合金的晶格畸变程度减少, 内应力降低, 从而使电子运动变得容易, 此时电导率逐步增大。自然时效时间越长, 强化相析出越充分, 合金的电导率越高, 但超过96 小时之后, 析出溶质原子趋于饱和, 因而电导率的变化趋于平缓。
3结论
通过2024 铝合金的电导率试验研究, 我们得出这样的结论: (1) 随着退火温度的升高铝合金电导率逐渐降低。 (2) 铝合金电导率随固溶处理温度的升高逐渐降低, 可用电导率来判断固溶处理时铝合金固溶体的过饱和程度, 如当铝合金的固溶温度持续升高时, 电导率如果持续下降, 说明该铝合金固溶体的过饱和程度在持续提高;如果电导率保持不变, 则说明铝合金固溶体的过饱和程度已经达到极限, 继续升温意义不大。 (3) 铝合金电导率随着人工时效温度的升高而升高, 后期上升趋势缓慢。 (4) 电导率随自然时效时间的延长而逐渐升高, 后期趋于稳定。 (5) 在材料机械性能符合标准的前提下, 可以通过调整热处理参数调整铝合金的电导率。 (6) 两个不同的强度可能对应着一个相同的电导率读数, 两个不同的电导率值也可能对应着一个相同的强度值, 因此, 不能单独用电导率值来确定铝合金的热处理状态。
参考文献
[1]王宁, 石峰.电导率用于铝合金热处理工艺控制和过程检查[J].材料工程, 19949 (6) :37-39.
[2]何和种.热处理对919铝合金电导率和力学性能的影响[J].材料开发与应用, 1997, 12 (3) :6-9.
中波大地电导率图层研究 篇4
1 中波地波传播的场强预报
早在1981年，我国就颁布了国家标准《中波广播网覆盖技术》，标准编号GB2017-1980。该标准第三部分“计算方法和测量方法”的要点10（电波传播）中，给出了频率范围在526.6kHz-1606.5kHz的中波地波传播的计算方法。除发射功率和发射天线增益外，地波的传播主要取决于传播路径上的大地电导率σ和介电常数ε，其中大地电导率σ，也称之为地导系数。
大地电导率σ（Earth Conductivity）是反映大地导电性好坏的一个物理量。简单地说，大地电导率是电阻率的倒数，越大则表明大地的导电性能越好，有利于中波地波传播；越小则导电性能差，不利于地波的传播，其单位是西门子/米（S/m）。一般认为，决定大地电导率高低有五个主要因素：土壤的本质、潮湿程度、温度高低、季节变换所致的地波穿透深度和地球表面对电波的吸收程度等。
相对介电常数εr (relative dielectric constant）是表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数，代表某种材料的贮电能力。其值等于以欲测材料为介质与以真空为介质制成的同尺寸电容器电容量之比，是无量纲参数。一般在中、长波频段范围内，大体满足的条件是εr<<60λσ（为波长）。因此，相对介电常数εr的取值不必很精确。可以有两种估计的办法：
(1）在估算出σ值之后，可以按照关系图表取相应的εr值（篇幅所限，本文暂不列出该图表，详见参考文献[1]）。
(2）也可以用经验公式估计：
（σ单位为S/m)
地球表面物质分布复杂，而中波的地波又往往能传输到几十甚至数百公里远的地方，因此，估算传输路径上各段路程的大地电导率值以及对应的相对介电常数值时，要想获得较高的精度，很不容易。为此，国际电联在ITU-R P.832建议书《WORLD ATLAS OF GROUND CONDUCTIVITIES》中给出了世界各国的电导率分布图，其中，我国的大地电导率分布图如图1所示。
经了解，图1是在上世纪末，由中国科学院国家授时中心制作并代表国家提交到国际电联的。经过长期积累，国家授时中心目前掌握的数据更为细致，也更接近于我国近年来各地的地表变化。
预测中波地波传播的软件有多款，例如ITU-R地面广播业务组编制的ITU HFBC系列软件，该软件主要用于世界各国的中波广播调度、协调和传播预测。
德国LS Telcom的Chirplus＿BC软件含有中波广播业务模块，可结合天线方向图，用户自定义大地电导率图层等要素，精确地预报中波地波传播效果。
2 大地电导率图层的两种获取方法
鉴于大地电导率数据在中波地波传播中的重要作用，获得适当的大地电导率数据已成为完成中波地波覆盖预测的关键因素。以Chirplus＿BC平台为例，目前我们尝试了两种方法来获取这一数据，即国家授时中心根据实测数据再加工的方法以及根据地表数据分类映射其大地电导率值的方法。
2.1 根据实测数据再加工的方法
国家授时中心根据业务需要，建立了以西安为中心，辐射到全国几十个方向的测量线路。2010年9月，项目组委托国家授时中心制作了以广西南宁为中心，半径为200km的范围，精度为10km的地导图层。
广西的地形地貌十分复杂，σ的分布因而也十分复杂。某个地区的σ只有通过实际测量，才可获得较准的可用于电波传播计算的值。基于现有条件，国家授时中心根据已有的知识和多年实践获得的经验，利用广西地形图对σ的分布做出以下预测：
(1）森林覆盖的大山区σ值取为4×10-4S/m，如十万大山、大瑶山、大明山、中越边境两侧山地等。
(2）山地、山上多为裸露的岩石，植被不厚，σ值取为6×10-4S/m，广西很多地区还是这种地理结构。
(3）小块石头山地和小块平地混合，山地占优势（或称之为丘陵地），σ值取为1×10-3S/m。湖泊、水库、大城市区域σ值取为1×10-3S/m。
(4）范围不大的河流冲击平原地区，σ值取为2×10-3S/m至3×10-3S/m。
(5）少部分山地和平地混合地区，山地不占优势，σ值取为1.2×10-3S/m至1.6×10-3S/m。
2.2 根据地表数据分类映射其大地电导率值的方法
国内有多家研究机构能提供地表分类数据，例如中国科学院知识创新重大方向性项目“国家资源环境数据库集成与数据共享”可提供地表分类多达二十余种以及最近五年内我国地表的分类数据（相当于100m分辨率的栅格数据）。
依据ITU-R P.527建议书，利用中国科学院地理科学与资源研究所加工的广西2005年土地利用数据，我们对国家授时中心的预测原则进行了修正，主要是水田σ值取为10-2S/m，湖泊、水库σ值取为3×10-3S/m，形成了广西地表与地导映射关系，见表1。
3 中波大地电导率图层的验证
2010年9月-11月，项目组在广西南宁周边地区开展了中波传播的场强实测工作，测试采用定点自动测试方式。在选定的测试点调节测试接收天线的接收方向，在接收场最大的方向上自动连续测试1124kHz、792kHz各30次，分别计算平均值和标准偏差，并用GPS测量的当前经纬度数据一起记录到测试记录数据表中。测试地点的选取根据1124kHz、792kHz覆盖预测图，以广西南宁101台为中心，沿着公路往5个方向测量，共计44个测试点，见图2。
我们分别采用1999年的国家测绘局地表映射电导率数据（1km栅格），2010年的国家授时中心大地电导率数据（10km栅格），以及中国科学院地理科学与资源研究所2005年的地表映射电导率数据（100m栅格，其电导率图层见图3），通过LS Chirplus＿BC预测计算分析，结合实测结果，完成了广西中波地波实测与预测误差分析，误差分析见表2。南宁101中波台792kHz和1224kHz预测与实测结果对比情况见图4和图5。
4 小结
通过大量的测试和预测数据误差分析研究，初步形成了以下结论：
(1）对国家授时中心的大地电导率图进行栅格化处理后，用于预报地波场强，其平均误差和标准偏差都处于比较理想的水平，但国家授时中心业务方向与国家广电总局有较大不同，其地导数据若要为我所用，需经繁杂的转换过程，地导数据精度越高，加工数据所需的人力和时间亦成倍提高，制作全国100m分辨率的电导率图层代价较高。
(2）采用地表分类映射大地电导率的方法，在确定映射关系时具有很大的灵活性，处理不好则误差较大，如图4和图5中黄色线。如果能参照地波场强实测数据修改地表与地导的映射关系，则平均误差和标准偏差可通过人为干预，控制在比较理想的水平，如图4和图5中紫色线。
(3）我国各地土壤本质差别较大，甲省耕地与乙省耕地的电导率值可能完全不同，同一张映射关系表不能在全国通用，每换一地，映射关系表可能需要重新调整。
(4）采用映射手段研究地区电导率时，如果能在该地区取得中波广播的场强实测数据，结合ITU相关建议书等，将有助于形成较为准确的地表-电导率映射关系表。
摘要：作者通过实践, 尝试了两种制作大地电导率栅格图层的方法, 用于LS ChirplusBC计算平台的中波地波覆盖预测, 同时在北京、南宁等地选取了部分中波台开展了地波场强野外测试, 根据场强实测值与预测值的误差分析总结了制作大地电导率图层的基本规律, 提高了中波广播地波覆盖预测的准确性。
关键词：中波地波传播,大地电导率,电导率图层,研究
参考文献
[1]何大中等.广播电视技术手册第一分册《系统与覆盖网》.北京国防工业出版社, 1990年.
相对电导率 篇5
电导率是直接标志喷气燃料绝缘程度、积聚静电荷及存在静电放电危害程度的一个重要参数, 生产实践中经常通过测量电导率的大小来判断喷气燃料静电放电的危害程度。喷气燃料的电导率的大小主要取决于抗静电添加剂的加入量, 过大或过小的电导率值都不利于喷气燃料的运输、使用和储存。因此, 根据GB 6537要求, 对3号喷气燃料电导率的要求为50~450 p S/m, 受其衰减性影响, 一般情况下喷气燃料离厂时要求达到150~350 p S/m。喷气燃料电导率衰变影响因素有许多, 目前普遍认为起主导作用的外界因素有温度、储存时间、储存介质、杂质和水等。
1 温度对喷气燃料电导率衰变的影响
刘婕等[1]在空白喷气燃料中加入T1502抗静电剂, 置于金属容器中放在高低温柜中, 在不同温度下测定其电导率, 考察喷气燃料中加入T1502抗静电剂后温度对电导率的影响。实验结果发现, 随着温度的升高, 喷气燃料的电导率增大。他们认为, 随着温度的升高, T1502抗静电剂中的聚砜与聚胺形成的偶极离子对就会加速定向排列以及带负电的聚砜一端转向外静电场正极, 带正电的聚胺一端转向外电场负极的速度将会加快, 这使形成的“极化电场”的强度增强, 从而降低了原有的外电场强度, 宏观上就表现为降低了原静电电场强度, 电导率增大。
孙晓天等[2]为了研究温度对电导率的影响, 选定了3个分别来自不同炼厂的油样 (1号油样为出厂时20℃的电导率值比较高的油品, 2号油样为出厂时20℃电导率值适中的油品, 3号油样为出厂时20℃电导率值比较低的油品) 在5℃、15℃、25℃、35℃、45℃等不同的温度下进行电导率测定。每种油样在每个温度下测量5组数据后取平均值, 其测试数据如表1所示。
根据表1绘制了一张电导率随温度的增幅数据表, 如表2所示。
分析表1、表2可得, 在一定温度范围内, 随着测定温度的升高, 电导率总体呈现上升的趋势, 其增幅也是在增加的。但随着温度的继续升高, 当温度升高到35℃或更高温度时, 电导率的增量却呈现下降趋势。他们认为, 这主要是因为温度过高导致抗静电剂开始分解, 从而使得油品中抗静电剂数量减少, 从而使其效果减弱。
通过以上文献可以发现, 温度对喷气燃料的电导率影响很大, 喷气燃料平时储存时要注意温度的控制, 当温度度过高或过低时, 应及时对喷气燃料的电导率进行测量, 以免喷气燃料电导率过高或过低而发生危害;此外, 进行喷气燃料电导率测量时, 为使测定结果更准确, 试样温度应保持在20℃左右。
2 储存时间对喷气燃料电导率衰变的影响
刘婕等[3]在长岭3号喷气燃料空白油中, 将T1502抗静电添加剂或STADIS 450抗静电添加剂加入到喷气燃料中, 加入量为2 mg/L, 并储存于铁桶中, 考察喷气燃料储存期对电导率的影响。经过3年的储存后发现, 喷气燃料的电导率有所衰减, 其电导率衰减趋势为缓衰期、稳定期和快衰期。其衰减情况如表3所示。
从表3可以看出, 相同批次的T1502以及STADIS 450抗静电添加剂加入到喷气燃料中, T1502第一年衰减率为19.5%, 第二年处于稳定期, 第二年衰减率为34.7%;STADIS 450第一年衰减率为19.0%, 第二年处于稳定期, 第二年衰减率为52.8%。
刘婕等[3]在天津炼油厂生产的3号喷气燃料空白油中, 加入2 mg/L T1502抗静电添加剂, 试样储存于铁桶中, 考察短期储存的喷气燃料电导率衰减趋势。经过10天的观察测试后发现, 在刚开始时电导率呈下降趋势, 经过一段时间后, 电导率上升, 达到一个稳定值后, 又逐渐衰减。他们认为, 这是由于T1502抗静电添加剂刚开始加入到喷气燃料中时, 聚胺还处于“蜷缩”状态, 极性基团没有完全伸展开, 只有部分相互吸引的极性基团排列在一起, 起导电作用。因此, 开始阶段, 电导率就有下降的趋势;随着时间的延长, 聚胺与含砜助溶剂由于分子间引力的作用, 相互制约, 使其不能处于蜷缩状态, 暴露在外的极性基团比蜷缩时大得多, 从而导电性增强, 电导率上升;达到一个稳定值后, 随着储存时间的延长, 抗静电剂的聚胺、聚砜分子被容器吸附, 使喷气燃料中的极性基团减少, 导电性降低, 喷气燃料电导率下降。
通过以上文献可以看出, 关于储存时间对于喷气燃料电导率衰减的影响有一定的研究成果, 但是随着储存时间的增长, 喷气燃料电导率衰变机理还不是特别明朗, 尤其是对于长期储存的喷气燃料, 随着时间的延长, 其抗静电添加剂的含量如何变化?抗静电添加剂的含量改变的影响因素有哪些?抗静电添加剂含量改变对于喷气燃料的电导率又有何影响?这些问题都有待于进一步的研究。
3 储存介质对喷气燃料电导率衰变的影响
刘婕等[3]将2 mg/L T1502抗静电添加剂加入到天津3号空白喷气燃料中, 试样分别储存于铁桶容器、白色玻璃瓶、棕色玻璃瓶中, 并存放于试剂柜中, 考察储存介质对加入T1502抗静电添加剂后喷气燃料电导率的影响。经过10个月的储存期后发现, 盛装在白色玻璃瓶中的喷气燃料电导率衰减率为72.6%, 盛装在棕色玻璃瓶中的喷气燃料电导率衰减率为55.8%, 盛装在铁桶容器中的喷气燃料电导率衰减率为13.5%。他们认为, 玻璃储存介质的吸附性强于金属储存介质, 这种吸附作用使分散在喷气燃料中的T1502抗静电添加剂减少, 电导率降低, 至吸附作用达到平衡后, 电导率进入相对稳定状态。玻璃瓶的避光效果比铁桶差, 尤其是白色玻璃瓶, 在光照下, 电导率衰减较快。
刘婕等[4]将添加0.8μg/g T1502抗静电剂的加氢裂化喷气燃料, 分别放入白色玻璃瓶、棕色玻璃瓶、镀环氧树脂和镀聚四氟乙烯铁桶中储存, 并对每个容器中的试样进行平行测试。实验初始阶段先测试喷气燃料的电导率, 然后24、48、72 h后分别再测一次, 之后每10天测一次, 以考察储存容器对喷气燃料电导率的影响, 1个月后, 实验结果如表4所示。
由表4可以看出, 储存在铁通中的喷气燃料, 其电导率的衰减幅度比储存在玻璃瓶中的低, 铁桶的内衬膜不同, 其储存的喷气燃料的电导率的衰减也不同。他们认为, T1502抗静电剂是极性化合物, 在喷气燃料中的添加量很少, 强烈的光照很容易消耗起导电作用的极性基团。白色玻璃瓶的透光性最好 (棕色玻璃瓶次之) , 而铁桶的遮光性最佳, 所以储存在玻璃瓶中的喷气燃料电导率衰减率比储存在铁桶中的高, 极性化合物对极性化合物的吸附能力强于极性化合物对非极性化合物的吸附能力, 环氧树脂是极性化合物, 铁桶内衬膜是环氧树脂时, 对T1502抗静电剂的吸附能力强, 所以其储存的喷气燃料的电导率衰减较快, 聚四氟乙烯是非极性化合物, 铁桶内衬膜是聚四氟乙烯时, 对T1502抗静电剂的吸附性弱, 喷气燃料电导率衰减慢。
通过以上文献可以看出, 储存介质对于喷气燃料的电导率衰变的影响较大, 而且目前关于储存介质对于喷气燃料电导率衰变的影响机理也有一定的猜测, 认为是储存介质的吸附作用不同而导致喷气燃料中抗静电添加剂含量的不同, 从而导致宏观上喷气燃料电导率的不同。但这只是猜测, 并未能进行具体的试验进行验证, 其正确性还有待于进一步的研究和试验。
4 杂质、水分对喷气燃料电导率衰变的影响
刘婕等[1]将相同含量的T1502抗静电添加剂加入到分析纯正十二烷和化学纯正十二烷中, 因为分析纯正十二烷的杂质含量明显低于化学纯正十二烷的杂质含量, 以此来考察杂质对喷气燃料电导率衰变的影响。实验结果发现:杂质含量越高, 电导率越大。他们认为, 杂质的存在加速了聚胺、聚砜分子间引力的作用, 使极性基团不能处于蜷缩状态, 暴露在外的极性基团比蜷缩时多, 从而增强导电性。
孙晓天等[2]取1 L喷气燃料, 在其中加人100μL水, 测定在20℃的温度下, 随着时间的变化电导率的变化情况。通过对电导率的测量, 得到表5。
由表3据可以看出, 在有水分存在的情况下, 随着时间的增加, 电导率明显降低。他们认为, 这主要是因为水分和抗静电添加剂结合, 从而使油品中抗静电添加剂数量减少而造成的。
通过以上文献可以看出, 杂质在一定程度上可以提高喷气燃料的电导率, 但杂质含量过高时, 极有可能对喷气燃料水分离指数等性能带来不利的影响, 因此, 在测定喷气燃料电导率时, 要控制杂质的混入。同样, 水对于喷气燃料电导率有降低的作用, 也应加以控制, 但是水对于喷气燃料电导率的影响机理也只是停留在猜测层面, 水如何与抗静电添加剂结合, 结合后生成什么物质等具体作用机理还不是特别清晰, 有待于进一步的研究。
5 结语
油料安全形势依然严峻, 喷气燃料作为重要的燃料油, 其安全生产、运输、使用是当今化工的一项重要内容。电导率作为衡量喷气燃料放电危害的一个重要参数, 其重要性不言而喻。但目前关于喷气燃料电导率衰变的研究比较少, 而且大多数都停留在表面, 都是从宏观的角度考察了喷气燃料电导率的衰变影响因素, 未能从抗静电添加剂含量的改变来研究其衰变原因, 以及从微观的角度研究考察其衰变机理。而且, 关于湿度、气压、电场、温差等外界因素对于喷气燃料电导率的影响的研究目前还未见到, 这在以后都应当加以探讨。
参考文献
溶剂萃取法制备高电导率聚苯胺 篇6
大量文献表明,增大分子量是提高PANI电导率的有效途径之一。降低合成温度是目前为止制备高分子量PANI的最常用方法,然而大部分研究人员都是在很低的温度(-20～40℃)下才合成得到了电导率有明显提高的PANI。因此,从实际生产的角度出发,降低合成温度并不是提高PANI电导率的理想方法。相比于低温合成,溶剂萃取是一种更为简便有效的提高PANI平均分子量的方法。利用有机溶剂萃取,PANI中的大量低分子量组分可以被除去,这使得PANI的平均分子量增大,其宏观电导率被有效提高。虽然溶剂萃取法已经得到一些研究人员,如Chen[4]、Rangarajan[5]的注意,然而就作者所知,该课题至今未见系统研究。此外,溶剂萃取法还可以解决目前大多数制备方法不能得到高电导率PANI粉末的局限,对解决PANI的实际应用具有一定的意义。
本方法尝试以多种有机溶剂萃取PANI,通过相关性能表征分析,系统研究了溶剂萃取对PANI分子量的影响及其对提高电导率的作用。
1实验部分
1.1试剂
苯胺(ANI)、过硫酸铵(APS)、丙酮、四氢呋喃(THF)和二甲基甲酰胺(DMF)等均为西安化学试剂厂分析纯试剂,甲烷磺酸(MSA)为国药集团分析纯试剂。ANI使用前加锌粉二次蒸馏。
1.2PANI的合成
将46.6g(0.5mol)新蒸馏的ANI溶于500mL盐酸(1mol/L),放入冰水浴中使其降温至—5℃。将114g(0.5mol)APS溶于350ml盐酸(1mol/L),滴入上述ANI溶液,反应体系保持恒定搅拌,并使反应温度保持在—5℃。2h左右将APS溶液滴完,继续搅拌4h后停止反应。反应产物抽滤,用去离子水洗至滤液无色,所得滤饼在0.1mol/L氨水中浸泡1h,抽滤,以去离子水洗涤至中性,真空烘箱中50℃下干燥10h,即得本征态PANI粉末。
1.3有机溶剂萃取PANI
将3g本征态PANI加入25mL丙酮,超声振荡0.5h,布氏漏斗抽滤,滤饼以上述萃取方法再重复萃取3次,所得样品在50℃真空烘箱中干燥至恒重后即得丙酮萃取PANI。萃取前后PANI的质量比值即为丙酮萃取产物的质量保持率。本方法还采用THF和THF与DMF的混合溶剂(体积比1∶1)进行了上述萃取过程,并分别计算了萃取产物的质量保持率。
1.4PANI的掺杂
将3g萃取所得本征态PANI与1.91g MSA和20mL去离子水混合均匀,超声振荡0.5h,30℃红外干燥箱中干燥至表面无水,再于真空烘箱50℃下烘干10h,即得MSA掺杂PANI。
1.5分析测试方法
取2g掺杂态PANI粉末,在室温、压力为10MPa的条件下,保压3min压制成直径为30mm的试样,用四探针法测定PANI的电导率(SZ-85型数字式四探针测试仪,苏州电讯仪器厂)。采用KBr压片法,在400～4000cm-1范围内测试样品的FT-IR光谱(1760型红外光谱仪,Perkin-Elmer公司)。EB的特性粘数在浓硫酸为溶剂,25℃下以乌氏黏度计测得。以DMF为溶剂,在200～800nm范围内测试样品的UV-vis光谱(UV-210A型分光光度计,Aglient公司)。利用X射线衍射法在2θ=0～90°,Cu Ka射线,500kV,180mA条件下测定PANI的结晶情况(MAX-2400型X射线衍射仪,理学公司)。
2结果与讨论
2.1溶剂萃取对PANI电导率的提高作用
有机溶剂萃取可以除去PANI中的低分子量组分,从而有效地提高PANI的电导率,萃取产物的电导率与溶剂对PANI的溶解度成正比。表1为不同溶剂萃取所得本征态PANI的特性粘数、质量保持率及其MSA掺杂产物的电导率。
由表可知,有机溶剂萃取后,萃取产物质量保持率降低,特性粘数增大,表明PANI中的低分子量组分被去除掉,PANI的平均分子量增大。很明显萃取溶剂对PANI的溶解度越大,其萃取产物的质量保持率越低,特性粘数即平均分子量越大。THF与DMF混合溶剂对PANI的溶解度最大,其萃取产物的质量保持率仅为89.5%,由于分子量太高,该萃取产物甚至不能溶于浓硫酸,无法测得特性粘数。另一方面,很多文献均表明PANI的分子量决定了其电导率的大小。众所周知,载流子主要通过跃迁[6]在PANI分子链间传导,其较弱的传导能力是阻碍载流子在PANI中自由流动的主要瓶颈。PANI的分子量具有多分散性,大量低分子量组分的存在使得载流子需要通过更多的链间传导才能在PANI内实现自由传导,是PANI电导率较低的主要原因。因此当PANI平均分子量增大时,其所含高分子量组分增多,导电体系所含的分子链数量减少,分子链之间的结构不连续程度减小,PANI的宏观电导率增大。由表1可知,THF和DMF混合溶剂萃取产物的分子量最大,经MSA掺杂后的电导率也最高,达到21.3S/cm,较未萃取前提高了近两倍。
2.2溶剂萃取对PANI分子结构的影响
FT-IR(图1)分析表明,有机溶剂萃取不会改变PANI的分子结构。根据相关文献[7],本征态PANI的红外谱图在1600cm-1、1500cm-1、1300cm-1和800cm-1左右有4个特征吸收峰。本方法萃取所得本征态PANI的FT-IR谱图与相关文献报道一致,其中位于1591cm-1和1482cm-1的吸收峰分别对应于PANI分子链上的醌式和苯式特征结构振动峰,位于1298cm-1和815cm-1的吸收峰分别为苯环面内和面外的C-H振动吸收。由图1可知,不同有机溶剂萃取后PANI的FT-IR光谱与未萃取前几乎完全相同,表明溶剂萃取不会对PANI的分子结构产生影响。此外,根据相关文献[8],FT-IR光谱中醌式吸收峰和苯式吸收峰的强度比即为该PANI的氧化态值。本方法萃取前后所有PANI的苯式振动峰和醌式振动峰的强度比没有发生变化,说明有机溶剂萃取不会对PANI的氧化态造成影响。
虽然溶剂萃取不会改变PANI的分子结构,但UV-vis光谱(图2)测定结果表明,萃取使PANI的电子共轭结构发生变化,从而导致其UV-vis吸收峰位置发生移动。由图2可知,本征态PANI样品的UV-vis图谱含有两个特征吸收峰,其中位于320nm的吸收峰为苯环的π-π*跃迁峰,位于630nm的吸收峰对应于醌环到苯环的跃迁吸收[9]。经有机溶剂萃取后PANI的UV-vis图谱与萃取前基本相同,但UV-vis吸收峰发生蓝移,表明经过这两种溶剂萃取后PANI的π电子共轭程度有所下降。该现象是因为萃取后PANI中低分子量组分大幅减少,而高分子量组分由于刚性更大更难以有序排列,从而使得PANI的π电子共轭程度下降。经极性较小的丙酮萃取后,PANI的UV-vis图谱没有明显变化,而THF和THF与DMF混合溶剂萃取所得PANI的UV-vis吸收峰都发生了明显蓝移,蓝移程度与萃取产物的分子量一致,即THF与DMF混合溶剂萃取产物的分子量最大,UV-vis吸收峰的蓝移程度最大,表明其π电子共轭程度最低。
2.3溶剂萃取后PANI结晶性能的改变
溶剂萃取使PANI的共轭程度降低,这也导致PANI的结晶度大幅下降。图3是本征态PANI和THF与DMF混合溶液萃取所得本征态PANI的XRD图谱。在该图中,两个PANI样品都包含3个衍射峰,其中位于2θ=15.2°和2θ=20.5°的2个衍射峰为PANI的特征结晶峰,位于2θ=24.0°的衍射峰为PANI的非晶峰[10]。溶剂萃取后PANI的XRD图谱中位于2θ=20.5°的非晶衍射峰强度大幅增加,几乎将位于2θ=15.2°和2θ=24.0°的两个结晶峰完全掩盖。PANI的结晶度通过下式计算[11]:
K = S / S0×100%(1)
式中,S为结晶峰的面积,S0为所有衍射峰的面积总和。由此可计算出本征态PANI和THF与DMF混合溶液萃取所得本征态PANI的结晶度分别为67.4%和46.6%,表明溶剂萃取使PANI的结晶度大幅降低。
3结论
有机溶剂萃取可以去除掉PANI中的低分子量组分,从而使PANI的平均分子量提高,溶剂对PANI的溶解度决定了萃取后PANI平均分子量的大小。溶剂萃取不会使PANI的分子结构发生改变,但萃取后PANI的π电子共轭程度下降。XRD测定结果表明,溶剂萃取后PANI的结晶度大幅下降。由于萃取使低分子量组分大幅减少,PANI分子的链间不连续性降低,因此萃取使PANI的电导率有效提高,其中THF和DMF混合溶剂萃取产物经MSA掺杂后的电导率达到21.3S/cm,较未萃取前提高了近两倍。
摘要：分别以丙酮、四氢呋喃(THF)以及THF与二甲基甲酰胺(DMF)混合溶剂对聚苯胺(PANI)进行萃取。萃取使PANI的平均分子量增大,增大程度与溶剂对PANI的溶解度成正比。电导率测定结果表明,萃取使PANI的电导率有效提高,其中THF与DMF混合溶剂萃取产物的电导率较未萃取前提高了近3倍。光谱测定结果表明,3种溶剂萃取都不会改变PANI的分子结构,但萃取后PANI的π电子共轭程度降低。结晶度测定结果表明,萃取使PANI的结晶度大幅下降。
关键词：聚苯胺,电导率,分子量,萃取
参考文献
[1]Negi Y S,Adhyapak P V.Development in polyaniline conduc-ting polymers[J].J.Macromol Sci Polymer Reviews,2002,C42(1):35-53.
[2]Yoo J E,Cross J L,Tracy L,et al.Improving the electrical con-ductivity of polymer acid-doped polyaniline by controlling thetemplate molecular weight[J].J Mater Chem,2007,17:1268-1275.
[3]Massi M,Albonetti C,Facchini M,et al.Toward amorphousconductors:enhanced conductivity of doped polyaniline via inter-chain crosslinking promoted by acid-functionalized aluminumquinolines[J].Adv Mater,2006,18:2739-2742.
[4]Chen S A,Lee H T.Polyaniline plasticized with 1-methyl-2-pyr-rolidone:structure and doping behavior[J].Macromolecules,1993,26:3254-3261.
[5] Angappane S,Srinivasan D,Rangarajan G,et al.Transport and magneto-transport study on some conducting polyanilines[J].Physica B,2000,284-288:1982-1983.
[6]Weder C.Organometallic conjugated polymer networks[J].Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materi-als,2006,16(2):101-112.
[7] Jing X L,Wang Y Y,Wu D,et al.Sonochemical synthesis of polyaniline nanofibers[J].Ultrason Sonochem,2007,14:75-80.
[8]Cui B,Qiu H,Fang K,et al.Effect of vacuum annealing on char-acteristics of the DBSA-doped polyaniline pellets[J].SyntheticMetals,2007,157(1):11-16.
[9] Niu Y H.Preparation of polyaniline/polyacrylate composites and their application for electromagnetic interference shielding[J].Polymer Composites,2006,27(6):627-632.
[10]Chaudhari H K,Kelkar D S.Investigation of structure and elec-trical conductivity in doped polyaniline[J].Polym Int,1997,42:380-384.
费森尤斯血透机电导率问题的探讨 篇7
1 原理分析
透析液浓度的准确性是血液透析治疗的基础。透析液的成分与人体内环境相似, 主要有钠、钾、钙、镁四种阳离子, 氯和碱基两种阴离子, 血透机通过监测透析液的电导率, 间接获得透析液的浓度值, 电导率代表了被测物的导电能力, 表示透析液中各种离子的总量, 单位为“ms/cm”。医学上一般采用“mmol/l”来表示离子的浓度, 两者之间的转换并非简单的线性关系, 但在透析用的浓度范围内, 可以较为简单地把电导率“ms/cm”的值乘以10, 作为“mmol/l”单位的值。
血透机正常工作状态下, A液 (浓缩液) 、B液 (碳酸氢钠溶液) 、RO (反渗水) 按一定的比例进行混合后形成透析液, 传感器对透析液的电导率进行监测, 反馈给控制CPU, 控制CPU调整A、B液的吸入量, 使透析液的电导率和处方电导率一致。A、B液的浓度、A、B吸液泵的准确性、流量、温度、电导率传感器内表面污物附着等等都会影响透析液电导率的检测, 因此, 在检查、校准之前, 应尽可能地排除这些因素。
通过模数转换器 (Analog to Digital Converter, ADC) , 电导率值由模拟量转换成数字量, CPU通过计算或查表, 转换成适合于控制的数字值并显示。对于一个ADC的设计, 在满足测量精度、转换速度等要求的条件下, 尽可能在测量范围内接近线性, 以方便检测、计算、控制和校准。对电导率进行校准, 实质就是给电导率的ADC定标, 将真实的电导率值“告诉”血透机, 让血透机进行修正。
2 4008S型机电导率检查和校准状态
4008S型血透机的维修模式, 用于各种参数的检查、设置、校准, 在这个模式下, 可以得知很多在正常工作状态下无法了解的一些机器参数, 给机器的检修带来极大的方便。
在电导率检查态下, 显示介面有act.cond:XX.Xms/cm表示当前机器的测得的电导率值, XXXX ADC-digits表示当前ADC的数字值, 第一个XXXX steps和第二个XXXX steps, 另外还有alpha display (显示) 、concentrate setting (A液设置) 、bicarbonate setting (B液设置) 、temperature setting (温度设置) 。分别在A、B液设置中改变吸入量 (最大改变范围为±10%) , Steps会相应改变, 因此推断第一个Steps是A液吸入量, 第二个steps是B液吸入量, 这个值是吸液计量泵步进电机的数字化步进值, 值越大, 吸入的液体越多。利用外接电导仪或进行透析液抽样生化检查, 就可以知道机器显示值的准确性。
在电导率设置状态下, 显示介面与检查状态类似, 但可以修改电导率值。机器要求改变A、B液的吸入量, 使电导率实际值为12.8ms/cm后确认, 再改变A、B液的吸入量, 使电导率实际值为15.7ms/cm后确认, 完成电导率的校准。也就是“告诉”机器实际电导率的低端值和高端值, 完成ADC的定标, 电导率的实际值可以是外接校准用的电导仪的读数, 在无电导仪的情况下, 透析液抽样生化检测结果作为真实值。
如果按要求进行校准, 非常麻烦, 甚至不可行, 以设置低端值为例, 减少A、B液的吸入量 (例如都设置为-9%) , 等待五分钟左右使透析液浓度稳定, 测量电导率实际值, 如果不是12.8 ms/cm, 继续修改吸入量, 等待透析液稳定, 再检测, 直到实际值为12.8 ms/cm。用电导仪校准, 要花费很长的时间, 抽样生化检测, 所需的时间就更为漫长。如果A、B液的吸入量均已在最小的-10%, 而实际检测值仍高于12.8ms/cm时, 就无法进行校准了。
3 A、B液吸入量对电导率值、ADC值、机器显示值的影响
采用外接电导仪对透析液的浓度进行检测, 所用的电导仪是Mesa Laboratories , Inc.的90XL电导仪, 其电导温度模块在校准周期内。电导率以“ms/cm”为单位时, 可以精确到千分位, 而血透机的显示值仅为十分位, 因此对电导仪的千分位采用四舍五入的方法, 读取90XL电导仪的读数。所使用的A、B液是商品化的成品, 其浓度的准确性和一致性是可以信赖的, 如果使用由粉剂配置的浓缩液, 请一定严格按要求进行配置, 以保证浓度的一致性。
首先, 用一台工作正常的血透机, 在检查电导率状态下, A液吸入量不变 (0%) , 改变B液的吸入量, 可以看出在可调的±10%范围内, 改变B液的吸入量会影响透析液的电导率, 但远远小于血透机12.8-15.7 ms/cm的调节范围。另外在吸入量变化均为0%的状态下, ASetps∶BSetps=243∶296 =1∶1.218, 接近于1∶34配方时A、B液的吸入比1∶1.225, 其误差值可能是由于量化误差, 也可能是由于A、B液吸液泵每步吸入量差异造成的。
对一台作正常的机器 (2006年购置, 使用时间16024小时) , 更换电导传感器 (7# Conductivity cell) , 使机器电导率失准, 为方便检测, B液吸入量不变, 逐步改变A液吸入量, 在检查状态下, 检测机器显示电导率、ADC值、电导仪读数、A泵Setps, 结果如表所示。并按本文提出的校准方法进行校准, 再检查上述四个值, 一并列于表2中。
从校验前后的表中可以看出:吸入量相同时, 步数相同, 理论上表示透析液的实际电导率值是相同的, 此时校验前后ADC值和90XL的值也基本相同, 机器的显示值发生变化, 校准前, 显示值与90XL的读数有0.6 ms/cm左右的误差, 校准后, 基本一致了。A液吸液量设置量变化, 相应的Steps也发生变化, 改变量为2步时, 电导率变化量约为0.09 ms/cm, ADC值变化约为2;改变3步时, 电导率变化量约为0.13 ms/cm, ADC值变化约为3。误差值可用ADC转换的量化误差来解释, 说明ADC在测量范围内有很好的线性, 这也是本文所提出的校准方法的依据。在其它同型号的机器进行测量比对, 也得出类似的结果, 限于篇幅, 不再列出其它机器的测量结果。
表2的测量是在一台无OCM (在线清除率监测) 模块的机器上得到的结果, 对于有OCM模块的机器, 检查状态下, 机器显示的电导率值精确到十分位, 在校准状态下, 电导率显示值精确到百分位, 但校准方法同样适用。
表3列出了部分4008S型机在不同吸入量时A、B泵的Setps, 机器的使用时间从400小时到29000小时不等, 部分机器带HDF模块和OCM模块。从表中可以看:A液低端的步数在214-221之间, 高端步数在260-269之间, 高、低端的吸液量差值在46-48步之间。
4 校准方法
4.1 校准之前先做一次热化学消毒。
4.2 在维修模式-->CALIBRATION (校准) -->CAL.FLOW 500 mL/min, 检查500mL流量的情况, 如果不准确, 校准。
4.3 CALIBRATION (校准) -->CALIB.CONDUCTIVITY (电导率校正) --> CONDUCTIVITY Check (电导率检查) 状态下, 分别测量记录A液在-6%、0%、+10%三种状态下的机器显示电导率值 (C-6%、C0%、C+10%) 、ADC-digits、Steps、Steps值, 并在0%状态下对透析液进行抽样送检。每改变一次A液的吸入量, 应等待5分钟左右使电导率值稳定。
4.4 将生化检测结果中钠、钾、钙、镁等阳离子的浓度值简单相加, 再除以10, 作为在0%状态下的电导率值的真实值CR0。
4.5 在CALIBRATION (校准) -->CALIB.CONDUCTIVITY (电导率校正) --> CONDUCTIVITY Set (电导率设置) 状态下, 低端值在A液吸入值-6%时, 设置为 (C-6%— (C0%—CR0) ) ;高端值在A液吸入值+10%时, 设置为 (C+10%— (C0%—CR0) ) 。
4.6 再做一次A液改变量为0%状态下的电导率检查, 测量值应与CR0差值在±0.1 ms/cm左右。
例如:上表中:校准前C-6%、C0%、C+10%分别为12.9、13.5、14.5, 0%时以电导仪的读数14.09≈14.1作为CR0的值。进入到校准状态, 低端值在A液吸入值-6%时, 设置值为 (C-6%— (C0%—CR0) ) =12.9— (13.5—14.1) =13.5 ms/cm;高端值在A液吸入值+10%时, 设置值为 (C+10%— (C0%—CR0) ) =14.5— (13.5—14.1) =15.1 ms/cm。校准后, 显示的电导率值与90XL测量值非常接近, 可以满足实际治疗的要求了。高低端偏移量的选择并无特别的要求, 例如选择±9%、±7%或其它组合也可以, 只要拉开一定的距离, 在校准状态下输入的数据不会出现无效值 (Invalid Data) 即可。
5 小结
实际正常工作时, A、B液的吸入量与流量、处方电导率是关联的, 我们利用在维修状态下A、B液的吸入量可以单独变化这一特性, 同时利用ADC在测量范围内的线性特性, 完成对机器的电导率的检查和校准。A、B液吸入量的变化, 必然导致透析液电导率的变化, 因此在在检查状态下, 结合吸液泵的吸入量的校准, 逐步测量出吸入量改变时机器的显示电导、ADC、和Setps值, 可以判断传感器的好坏及线性, 方便血透机的维修。
本方法同时也为别的型号的血透机提供一个思路:从血透机电导率控制的过程中总结出它们的规率, 逆向思考, 方便血透机的校准和检修。
摘要：本文针对费森尤斯4008S型血透机, 分析其透析液浓度控制的工作原理, 根据实际测出的数据, 提出一种在无电导仪的情况下, 只需一次透析液生化检测, 就可以校准电导率简单、可靠的方法, 对于很多无电导仪的血透室质控有很大的意义。该方法也适应于费森尤斯其它型号的血透机, 同时也可用于相关故障的排除。
关键词：血液透析,电导率,质控ADC
参考文献