寇珏等：十二烷基磺酸钠在赤铁矿表面吸附动力学 ·1361· 或脱吸附药剂分子时而导致的谐振器表面共振频率 弱，0.和Fe2,的峰均分别位于530eV和711eV左右， (△)和能量耗散（△D)的变化网.当吸附层较薄且吸 说明Fe,0,谐振器表面与赤铁矿具有相同的化学 附牢固时（△D<1×10-),根据Sauerbrey方程u,谐 成分 振器表面质量的改变（△m)与谐振频率的改变量（△） 线性相关： 赤铁矿 Am=esevyCAl (1) fon 2fn n 式中：C为常数，数值为17.8ngcm2.z:n是谐波 薹 Fe,0谐振器 数，当n=1时，f=。=5MHz,其中f。为基频p,为达到 Fe, 吸附平衡时吸附层的密度：！，为达到吸附平衡所用时 间；，为达到吸附平衡时吸附层的黏弹性.当药剂在 谐振器吸附量较大，形成多层吸附，吸附层不能与谐振 200 400 600800 1000 12001400 结合能/eV 器表面充分耦合时，系统耗散较大（△D≥1×106），此 时，可应用Vog模型网对吸附层质量及性质进行拟 图2赤铁矿及F203谐振器表面的X射线光电子能谱 合其表达如下： Fig.2 XPS spectra of the hematite and Fe2O;resonator surfaces △f≈ 对图2中赤铁矿表面和表面修饰有Fe,0,的石英 2{器+nw-24(袋) 晶体谐振器表面的Fe2,峰和O.峰分别进行分峰，如图 3所示.图3(a)中，Fe2pn峰和Fen峰分别位于结合 (2) 能为710.9eV和724.3eV处，且每个主峰附近都伴有 相应的卫星峰，与Desai等n国的研究结果一致.位于 结合能710.9eV的Fe2pn峰对应为Fe3·,Fe0,石英晶 (3) 体谐振器表面Fe元素的结果亦是如此，表明Fe,0,谐 式中，p为吸附层密度，h为吸附层厚度，4为吸附层的 振器表面与赤铁矿表面Fe元素的化学态是相同的. 剪切弹性模量，？为吸附层的剪切黏度，δ为剪切波的 图3(b)中，两者分别在结合能529.8eV和529.6eV 穿透深度，ω为角频率 位置存在一个单峰，并均在比此单峰位置高约L.5eV 为了了解Fe,0,石英晶体谐振器表面与赤铁矿纯 处存在相应的卫星峰，此组分通常是由于来自空气中 矿物之间在组分、元素形态、表面性质等方面的异同 0H或非化学计量的表面氧.位于530.8eV位置的 点，分别对两者表面进行了X射线光电子能谱分析测 0.峰对应为氧化物中02-.因此，X射线光电子能 试.用C数据作为矫正，测量谱图记录的结合能范围 谱分析研究表明，在赤铁矿表面和表面修饰有Fe0, 是0~1400eV.图2是赤铁矿及Fe20,谐振器表面的 的石英晶体谐振器表面，铁和氧均分别以Fe·和02 X射线光电子能谱全谱图.由图2可知，两者的测试 价态存在，证明谐振器表面成功修饰了Fe,0,.此外， 结果具有一致性：Fe,和我Fen对应的峰均明显比Fep 用石英晶体微天平的方法来模拟研究药剂在矿物表面 a (b) 赤铁矿 赤铁矿 Fe Fe,O,谐振器 Fe,O,谐振器 700 710 720 730740 524526528530532534536538 结合能eV 结合能/eV 图3赤铁矿纯矿物和Fe203谐振器Fc2p(a)及01.(b)的高分辨谱 Fig.3 High resolution spectra of Fe2 (a)and O1.(b)of the pure hematite and Fe20 resonator寇 珏等: 十二烷基磺酸钠在赤铁矿表面吸附动力学 或脱吸附药剂分子时而导致的谐振器表面共振频率 ( Δf) 和能量耗散( ΔD) 的变化［9］． 当吸附层较薄且吸 附牢固时( ΔD ＜ 1 × 10 － 6 ) ，根据 Sauerbrey 方程［11］，谐 振器表面质量的改变( Δm) 与谐振频率的改变量( Δf) 线性相关: Δm = － ρq tqΔf f0 n = ρq νqΔf 2f 2 0 n = － CΔf n ． ( 1) 式中: C 为常数，数值为 17. 8 ng·cm － 2·Hz － 1 ; n 是谐波 数，当 n = 1 时，f = f0 = 5 MHz，其中 f0为基频; ρq为达到 吸附平衡时吸附层的密度; tq为达到吸附平衡所用时 间; vq为达到吸附平衡时吸附层的黏弹性． 当药剂在 谐振器吸附量较大，形成多层吸附，吸附层不能与谐振 器表面充分耦合时，系统耗散较大( ΔD≥1 × 10 － 6 ) ，此 时，可应用 Voigt 模型［12］对吸附层质量及性质进行拟 合． 其表达如下: Δf≈ － 1 2πρ0 h {0 η3 δ3 + ∑ j =1， [ 2 hjρjω － 2hj ( η3 δ ) 3 2 ηjω2 μ 2 j + η2 j ω2 ] } ． ( 2) ΔD≈ 1 2πfρ0 h { 0 η3 δ3 + ∑ j = 1， [ 2 2hj ( η3 δ ) 3 2 μω2 μ2 j + η2 j ω2 ] } ． ( 3) 式中，ρ 为吸附层密度，h 为吸附层厚度，μ 为吸附层的 剪切弹性模量，η 为吸附层的剪切黏度，δ 为剪切波的 穿透深度，ω 为角频率． 图 3 赤铁矿纯矿物和 Fe2O3 谐振器 Fe2p ( a) 及 O1s( b) 的高分辨谱 Fig． 3 High resolution spectra of Fe2p ( a) and O1s( b) of the pure hematite and Fe2O3 resonator 为了了解 Fe2O3 石英晶体谐振器表面与赤铁矿纯 矿物之间在组分、元素形态、表面性质等方面的异同 点，分别对两者表面进行了 X 射线光电子能谱分析测 试． 用 C1s数据作为矫正，测量谱图记录的结合能范围 是 0 ～ 1400 eV． 图 2 是赤铁矿及 Fe2O3 谐振器表面的 X 射线光电子能谱全谱图． 由图 2 可知，两者的测试 结果具有一致性: Fe3s和我 Fe3p对应的峰均明显比 Fe2p 弱，O1s和 Fe2p的峰均分别位于 530 eV 和 711 eV 左右， 说明 Fe2O3 谐振 器 表 面 与 赤 铁 矿 具 有 相 同 的 化 学 成分． 图 2 赤铁矿及 Fe2O3 谐振器表面的 X 射线光电子能谱 Fig． 2 XPS spectra of the hematite and Fe2O3 resonator surfaces 对图 2 中赤铁矿表面和表面修饰有 Fe2O3 的石英 晶体谐振器表面的 Fe2p峰和 O1s峰分别进行分峰，如图 3 所示． 图 3( a) 中，Fe2p3 /2峰和 Fe2p1 /2峰分别位于结合 能为 710. 9 eV 和 724. 3 eV 处，且每个主峰附近都伴有 相应的卫星峰，与 Desai 等［13］的研究结果一致． 位于 结合能 710. 9 eV 的 Fe2p3 /2峰对应为 Fe3 + ，Fe2O3 石英晶 体谐振器表面 Fe 元素的结果亦是如此，表明 Fe2O3 谐 振器表面与赤铁矿表面 Fe 元素的化学态是相同的． 图 3( b) 中，两者分别在结合能 529. 8 eV 和 529. 6 eV 位置存在一个单峰，并均在比此单峰位置高约 1. 5 eV 处存在相应的卫星峰，此组分通常是由于来自空气中 OH － 或非化学计量的表面氧． 位于 530. 8 eV 位置的 O1s峰对应为氧化物中 O2 －［14］． 因此，X 射线光电子能 谱分析研究表明，在赤铁矿表面和表面修饰有 Fe2O3 的石英晶体谐振器表面，铁和氧均分别以 Fe3 + 和 O2 － 价态存在，证明谐振器表面成功修饰了 Fe2O3 ． 此外， 用石英晶体微天平的方法来模拟研究药剂在矿物表面 · 1631 ·