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原子力显微镜对水中颗粒物的检测_河水

发布时间:2016-11-19编辑:毕业论文
论文摘要:利用原子力显微镜对渭河、金陵河、清姜河等河流中所采集的水样品中所含颗粒的状况进行扫描分析,为水质量的判断提供了一种参考方法,从而使我们对宝鸡市市区水资源的质量有更近一步了解。
论文关键词:河水,原子力显微镜,颗粒物
  宝鸡市区主要由不同水系的渭河,金陵河,清姜河等河流流过。由于城市工农业生产和人居环境的影响,河流的水污染程度也不同,故其水质也会有所不同。通常对水质的测定,主要测定水的硬度、酸碱度和所含离子的成分。主观上认为清澈看不见杂质的水,水质就一定好。为了解城市水资源中颗粒物含量的状况以及对水质的影响,本文利用上海爱建纳米科技发展有限公司的AJ-III原子力显微镜在大气和室温条件下对随机采取的水样中的颗粒物进行扫描分析,对水中所含颗粒的大小、数量进行分析,使我们对宝鸡市区水质的状况有进一步了解。
  1.原子力显微镜(AFM)工作原理
  原子力显微镜(AFM)是80年代初问世的扫描探针显微镜(scanningprobemicroscope,SPM)的一种,放大倍数远远超过以往的任何显微镜。光学显微镜的放大倍数一般都超不过1000倍,电子显微镜的放大倍数极限为100万倍,而原子力显微镜的放大倍数能高达10亿倍,比电子显微镜分辨率高1000倍,可以直接观察物质的分子和原子,这为人类对微观世界的进一步探索提供了理想的工具。
  原子力显微镜/AFM的基本原理是:将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定,另一端有一微小的针尖,针尖与样品表面轻轻接触,由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,通过在扫描时控制这种力的恒定,带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法,可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而可以获得样品表面形貌的信息。
  2.被测水样
  为了能够全面了解市区水资源的状况,从流经市区的河流中采用随机的方法采取水样品,水样品的采集地点见表1
  表1:实验样品
  

水样编号

采取地点

采取方式

1号

渭河代马大桥

随机采取

2号

金陵河电子街桥

随机采取

3号

金陵河橡胶大坝

随机采取

4号

渭河彩虹桥

随机采取

5号

渭河大坝

随机采取

6号

清姜河四公里铁路桥

随机采取

3.样品制备
  在采集的水样品中吸取50μL滴到新解离的云母片表面,置于室温下自然风干。
  4.实验条件
  实验采用上海爱建纳米科技发展有限公司AJ-III原子力显微镜(AFM),仪器最大扫描范围5000nm×5000nm,大微悬臂长200μm,小微臂长90μm。在大气和室温条件下采用接触模式对各个水样进行扫描观察,扫描频率1~4kHz。图像进行平滑、噪音消除处理。
  5.扫描结果
  在相同的环境条件下对不同的水样进行扫描,并从颗粒的三维分布、含量、大小等方面进行分析,结果如下。
  
  颗粒三维形状颗粒含量分布
  
  颗粒尺寸大小
  图1:1号水样扫描图
  从图中可以看出扫描范围内有有2个明显颗粒,大小对比明显、形状不规则、扫描区域内颗粒分布无章,颗粒高度在10.956nm,最大颗粒直径448.759nm,最小颗粒直径216.285nm。
  
  颗粒三维形状颗粒含量分布
  
  颗粒尺寸大小
  图2:2号水样扫描图
  水中颗粒三维图像表现为扫描区域内凹凸不平,突起排列紧密,形状不规则,突起高度对比不明显。颗粒高度12.952nm,最大颗粒直径达到1.078μm,最小颗粒直径只有7.792nm而且扫描区域内颗粒较多,有124个。
  
  颗粒三维形状颗粒含量分布
  
  颗粒尺寸大小
  图3:3号水样扫描图
  水中颗粒三维图像表现为扫描区域光滑平整,有两个较大突起,突起顶端呈白色,其余部分颜色较浅。颗粒高度为214.932nm,最大颗粒直径1.346μm,最小颗粒直径也有929.208nm,扫描区域内发现2个颗粒。
  
  颗粒三维形状颗粒含量分布
  
  颗粒尺寸大小
  图4:4号水样扫描图
  水中颗粒三维图像表现为扫描区域光滑平整,有一个较大突起,顶端呈白色,低端颜色较深。颗粒高度325.921nm,颗粒直径有2.983μm,扫描区域内仅发现一个颗粒。
  
  颗粒三维形状颗粒含量分布
  
  颗粒尺寸大小
  图5:5号水样扫描图
  5号水中颗粒三维图像表现为扫描区域凹凸不平,有两个较大突起,顶端呈白色,其余小的突起顶端颜色都较深。颗粒高度142.147nm,最大颗粒直径562.687nm,最小颗粒直径也有540.593nm,扫描范围内发现了2个明显颗粒。
  
  颗粒三维形状颗粒含量分布
  
  颗粒尺寸大小
  图6:6号水样扫描图
  水中颗粒三维图像表现为扫描区域平整,仅在扫描边缘发现锯齿状突起,突起顶端呈白色。颗粒高度292.970nm,最大颗粒直径227.169nm,最小颗粒直径仅有20.178nm,扫描区域内发现3个颗粒。
  6.扫描结果分析
  根据扫描结果对三条河流水中颗粒物的状况分析(表2)
  表2:三条河流水质颗粒情况的比较
  

水样采集地点

颗粒最大直径

颗粒最小直径

单位面积所含颗粒数

渭河大坝(中游)

562.687nm

540.593nm

2

金陵河橡胶大坝

1.346μm

929.208nm

2

清姜河铁路桥

227.169nm

30.187nm

3

采集水样时发现,渭河河道是有沙粒构成,干枯的河床上沉积了很厚的沙石。而金陵河河道是有粘土构成,河道中还种植了农作物。

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