[发明专利]预测液体混合物的电导率的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备液体混合物，且更特别地涉及制备液体混合物，例如缓冲剂，其中预测所述液体混合物的电导率。

发明背景

缓冲溶液一般为水溶液，其由弱酸和其共轭碱或弱碱和其共轭酸的混合物组成，并具有以下性质：当向它加入少量强酸或强碱时，溶液pH变化极少。因此，缓冲溶液在多种化学应用中（包括例如层析、过滤等）用作使pH保持为几乎恒定的值的手段。通常来说，缓冲溶液可由多于一种弱酸和其共轭碱组成。例如，可通过混合两种具有重叠的单独缓冲范围的缓冲剂而产生更宽的缓冲范围。

具有期望的pH以及任选具有期望的离子强度的缓冲溶液可通过计算缓冲剂成分的必需量并将它们混合而制备。虽然取决于其相对浓度，通常必需解若干不同方程以计算弱酸（或碱）和强碱（或酸）的相对简单的混合物的pH，但已有商业软件可用于进行这些计算。对于很多应用，期望还能预测待制备的缓冲剂的预期电导率。然而，由于缓冲溶液的复杂特性，其为完全离解的强电解质（如盐和强酸或强碱）和部分电离的弱电解质（如缓冲物质）的组合，所以至今这通常是不可能的。

Atkins, P.和de Paula, J., Atkins’ Physical Chemistry（Atkins物理化学）, Oxford University Press, 2002,第7版, 834-835页公开了当忽略活度系数时对于理想情况下处于平衡的弱酸的摩尔电导率的计算。

本发明的目的是提供一种制备液体混合物的方法，其包含预测所制备的液体混合物的电导率，其中考虑离子活度。

发明简述

上述目的以及其它目的和优势通过根据本发明的方法实现，该方法用于制备具有预测电导率的液体混合物，尤其是缓冲溶液。

根据本发明，电导率的预测包含解出存在于溶液的不同离子的精确浓度，包括弱电解质的每一种带电物类的平衡浓度，确定每一种带电物类的摩尔电导率，计算相应的电导率，并将所有单独的电导率相加以获得液体混合物的总电导率。

根据本发明的基本特征，计算弱电解质子物类的摩尔电导率包括应用科耳劳奇(Kohlrausch)系数的预定值，其在计算摩尔电导率时使用。通常，预定的科耳劳奇系数值通过将测量电导率拟合到用于确定摩尔电导率的方程而获得。

因此，在一个方面，本发明提供一种根据预定配方通过混合成分来制备液体溶液的方法，其中所述液体溶液包含多种物类，至少一对物类衍生自弱电解质并对应于酸-碱对，且其中所述液体溶液的电导率通过以下预测：

(i)对于衍生自弱电解质的每一对物类，解各自的平衡方程，以由所述预定配方计算在所述液体溶液中处于平衡的每一种这些物类的实际摩尔浓度，所述物类包括衍生自所述弱电解质的所有离子物类，

(ii)通过下式计算所述多种物类中每一种离子物类的摩尔电导率：

Λ = Λ₀ – Κ × Sqrt(c) 

其中Λ为所述摩尔电导率、Λ₀为无限稀释时的摩尔电导率、c为所述离子物类的浓度、K为科耳劳奇系数而Sqrt为平方根，且其中对于每一种离子物类的K和Λ₀，K和Λ₀由包含预定值的数据组获得，

(iii)通过下式计算每一种离子物类的电导率κ：

κ = c × Λ

其中c和Λ如上定义，和

(iv)将步骤(iii)中确定的所述不同离子物类的电导率相加，以获得所述液体溶液的预测电导率。

在一个优选实施方案中，数据组包含通过以下获得的科耳劳奇系数K的值：在多个离子物类的不同浓度和不同pH值下，于任选不同温度，测量含有离子物类的溶液的电导率，并将得到的数据拟合到以上步骤(ii)中的公式以获得K。

数据组中Λ₀的值可包括先前已知的值，例如文献值，和/或通过拟合获得的值。

科耳劳奇系数一般表示为K=A+B×Λ₀，其中A和B为取决于温度的常数，而Λ₀如以上定义。不同于直接在上述拟合中获得K， A和B的值可在拟合中获得，然后由此计算K。

或者，科耳劳奇系数可表示为K=A+B+w×Λ₀，其中A和B为取决于温度的常数，w为昂萨格(Onsager)因子，而Λ₀如以上定义。则A、B和w的值可在拟合中获得，并由此计算K。