基于液芯柱透镜测量磷肥水溶液的液相扩散系数

周志和，刘哲，李黎，孟伟东，普小云

(云南大学 物理与天文学院 物理系 云南 昆明 650091)

1 引言

液相扩散系数是研究液相传质过程的重要基础数据，在化工、生物、医学及环保等领域具有重要应用[1-5]。测量液相扩散系数的传统方法有膜池法[6]、光干涉法[7]、拉曼光谱法[8-9]、核磁共振法[10]和泰勒分散法[11]等。其中，泰勒分散法是一种较为常用的方法，其通过液相色谱仪分析扩散过程中某一时刻溶质在扩散管内的分布情况获得其扩散系数。

本文介绍我们用液芯柱透镜为核心光学元件搭建光学检测系统，以磷酸盐和水构成二元液相扩散体系，采用“等折射率薄层移动法”[12]测量磷酸氢二铵(DAP)，磷酸二氢铵(MAP)和磷酸二氢钾(KDP)在室温下(25℃)的液相扩散系数的研究工作。“等折射率薄层移动法”通过选定一个特定的可以近似为无限稀的浓度薄层作为观测位置(“腰”)，并在记录“腰”位置随时间的演化关系后，经计算得到液相扩散系数[13]。本文还用泰勒分散法测量了以上三种磷酸盐水溶液的液相扩散系数，测量结果与“等折射率薄层”移动法的实验结果做了对比分析。

三种磷肥水溶液液相扩散系数的测量，对湖泊水污染过程数学模型的建立及求解具有重要的应用价值，其在湖泊水污染的防治方面有重要的科学和环保意义[14-16]。

2 测量方法

2.1 成像原理

图1 液芯柱透镜成像原理图。(a)单一溶液成像图；(b)两种不同溶液成像图；(c)沿z轴形成浓度梯度分布后的成像图(n1

2.2 计算方法

对非稳态扩散……