固液浸取中超声影响相平衡的量子声学及统计热力学分析

在超声改变了浸取平衡已被实验所证实，但其机理尚不清楚的情况下，申请者在研究中发现，超声场辐照浸取固液两相时，不仅存在空化效应而且对固体颗粒而言存在超声波与格波（声子）之间的相互作用。本项目采用量子声学理论来解释超声影响浸取平衡的机理，即首先采用声波叠加的理论来描述超声波与固体中格波相互叠加形成的新格波，然后从统计热力学固相配分函数中微观粒子振动项的变化，导致化学势发生改变的层面研究超声场下浸取过程中固相平衡浓度显著变化的实质；以液体似晶格理论为基础，把液相视为一种由特殊声子构成的虚拟固体，类比固相处理，由于液固结构不同，导致化学势变化不同，从理论和实验两方面给出超声影响浸取平衡机理的量子声学与统计热力学分析，建立超声浸取相平衡的严格模型。引入声子概念，采用量子声学与统计热力学相结合的方法研究超声影响浸取相平衡的机制将架起微观与宏观、声学与热力学的桥梁，拓宽相平衡理论架构，预测超声浸取极限。

本项目研究了超声条件下的固液平衡问题，发现如蔗糖、氯化钠等晶体的溶解平衡受超声影响极小，可以忽略不计；但甘草在水中的浸取平衡，即甘草酸的平衡浓度却受到超声显著的影响。经过扫描电镜观察，发现超声有助于脱除甘草表面的颗粒，因此猜测甘草在水中的浸取过程也许更接近于脱附，用吸附-脱附理论解释超声下甘草的浸取过程也许更加合理。为验证这一假说，我们重新设计了实验，测量得到了有无超声条件下甘草-水浸取过程中甘草酸的平衡浓度以及平衡时甘草酸在甘草中的含量，发现这些变量的关系符合描述吸附过程的经典Langmuir方程，这说明利用吸附理论描述甘草-水浸取过程是成立的。从而，这一结论有望用于其它植物在水中的浸取过程，即植物中组分的浸取与脱附过程接近，可以用吸附平衡理论解释，当然这需要进一步验证。