一种金属腐蚀的监测方法

本发明涉及金属腐蚀监测，具体为一种金属腐蚀的监测方法。

背景技术：

1、资料显示，每年因腐蚀造成的经济损失是台风、洪涝、地震、火灾等自然灾害总和的4-6倍。金属腐蚀的危害触目惊心，不仅造成了严重的经济损失、资源浪费和环境压力，还对人民的生命安全造成了严峻的威胁。而在金属腐蚀的早期及时发出预警信号，促使人们及时采取防腐措施，是避免事故发生、经济损失和人员伤亡的首要条件。由此可见，金属腐蚀的监测具有重要意义。

2、目前，常用于金属腐蚀监测的方法主要有：超声法、电化学法、电磁法、射线检测法、热成像技术等。这些方法操作比较复杂，技术性强，需要具有熟练技术的人员进行操作，容易存在漏检、误检的情况，且对于人迹难以到达的区域挑战性较大。更重要的是，上述方法无法实现实时、在线的监测。

3、可视化的化学传感器具有响应灵敏度高、可设计性强、易于识别等优势，是腐蚀检测领域的研究热点。可视化的化学传感器其研究核心在于可将腐蚀信号如电化学信号、金属离子、腐蚀产物等信号转化为可视化信号的腐蚀预警指示剂的开发。众所周知，金属腐蚀是一场电化学反应，其在阴极区域产生oh-，而在阳极区域则产生h+和金属离子。因此，现有的金属腐蚀预警指示剂主要有金属离子指示剂及酸碱指示剂。对于金属离子指示剂，针对不同的金属离子需设计不同的指示剂，过程比较复杂；对于现有的酸碱指示剂，则存在显色时间不长的缺陷。此外，无论是酸碱指示剂还是金属离子指示剂，均为有机实际，具有一定的生物、环境毒性。更重要的是，现有的可视化化学预警方法只可定性指示腐蚀的发生，无法实现定量。目前，利用智能手机的颜色识别软件，对颜色rgb色值进行识别实现定量分析在食品、环境、生命科学等领域已有广泛的研究。因此，基于rgb色值的可视化传感技术在金属腐蚀监测领域具有广阔的应用前景。但目前，此项技术存在两个重要缺陷：(1)采用智能手机进行识别，rgb色值受周围光线干扰较大；(2)依然需要人工持手机进行颜色识别，在实际的腐蚀场景中限制较大，且无法实时、在线监测。

4、碳量子点是2003年首次发现的一种零维碳纳米材料，具有化学稳定性好、生物相容性高、易调控、制备简单和环境友好等优势，在可视化快速检测技术上得到了广泛的应用。与此同时，碳量子点表面含有大量的羰基、羧基、氨基等官能团，具有良好的化学反应活性，易于改性，是一种良好的防腐材料，在金属腐蚀防护上得到了良好的发展。然而，目前基于碳量子点的可视化快速检测技术在金属腐蚀的监测上的应用未见报道。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属腐蚀的监测方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种金属腐蚀的监测方法，包括以下具体步骤：

3、步骤s1：将0.1～5ml的植酸基碳量子点指示剂加入到一系列5ml的比色管中；

4、步骤s2：在上述5ml比色管中加入0，20，40，60，80，120，140，160，200，240，280，320，360μl的oh-，oh-设为0.01mol/l；

5、步骤s3：摇匀，静置5min后采用所制备的rgb色值传感器读取溶液的rgb色值；建立oh-与rgb色值的线性关系，获得线性回归方程及对应的相关系数；

6、步骤s4：可将所制备碳量子点指示剂添加到白色或无色的防腐涂层中，当腐蚀发生时通过上述色值rgb色值传感器可读取对应的rgb色值，代入步骤s3中的线性回归方程可推算出对应的oh-浓度；

7、然后根据金属腐蚀过程oh-与金属离子之间的关系，推算出金属离子浓度；

8、再根据不同时间内金属离子的浓度，推算出金属的腐蚀速率。

9、可选的，所述步骤s1中的植酸基碳量子点指示剂可负载到防腐涂层及其他载体中以指示实际场景中腐蚀的发生。

10、可选的，所述步骤s3中的rgb色值传感器由四个不同光敏电流放大器的光电二极管将红、绿、蓝和红外光谱范围内的光线转化为电流信号。当光线穿透液体时，ic芯片通过测量这四个通道的电流信号，可以得到环境中不同颜色光线的强度值。光强度值经过归一化处理和白平衡校准后，得出rgb值。

11、可选的，所述rgb色值传感器由外壳、电源模块、智控核心板、液晶显示屏、led光源和光电传感器元件构成。

12、可选的，将所述光电传感器元件、led光源以及样品池放置一个密闭、无反射的黑箱中进行检测，消除了外界光的干扰，保证了检测数据的精密度、准确度和稳定性。

13、可选的，所述植酸基碳量子点指示剂产生的rgb色值信号可由对应的rgb色值传感器准确收集。

14、可选的，所述步骤s1中的植酸基碳量子点指示剂的制备方法如下：

15、步骤一：将0.5～6ml的植酸，14～19.5ml的去离子水加入到聚ppl内衬的水热反应釜中，在130～270℃下进行水热反应2～12h；

16、步骤二：然后自然冷却至室温，过0.22μm滤膜，透析处理，得到植酸基碳量子点指示剂。

17、可选的，所述步骤一中的植酸以生物植酸作为原料，采用水热法制备而成。

18、可选的，所述步骤二中植酸基碳量子点指示剂在自然光下呈棕黄色，当金属腐蚀的阴极产物oh存在时其颜色则变为酒红色，据此可指示腐蚀的发生。

19、本发明提供了一种金属腐蚀的监测方法，具备以下有益效果：

20、1.该金属腐蚀的监测方法，由于金属腐蚀过程均在阴极产生oh-，因此本发明提供的植酸基碳量子点腐蚀预警指示剂具有一定的普适性，可适用于不同类型的金属腐蚀检测。

21、2.该金属腐蚀的监测方法，提供的植酸基碳量子点腐蚀预警指示剂由植酸作为原料采用简单的一步水热法制备而成，具有绿色环保、制备简单、廉价易得等特点。

22、3.该金属腐蚀的监测方法，所提供的金属腐蚀的监测方法由碳量子点腐蚀预警指示剂和rgb色值传感器组成，通过读取碳量子点的rgb色值变化，可实现金属腐蚀的定量监测，进而可监测金属的腐蚀速率。

23、4.该金属腐蚀的监测方法，所提供rgb色值传感器结构简单，价格低廉，且可有效消除环境光的干扰进而可提高监测的准确度和精密度。通过扩展wifi模块或4g模块可将实际腐蚀场景中的数据传输到用户手机程序或云服务器端，实现金属腐蚀的实时、在线监测，可以扩展wifi模块或4g模块，通过网络传输将实际场景中rgb色值信息到用户手机程序或云服务器端，进而实现金属腐蚀的实时、在线监测。

24、5.该金属腐蚀的监测方法，oh-的监测在生命科学、环境监测、食品安全等领域都是一项重要的指标，因此除腐蚀监测上的应用外，植酸基碳量子点在上述领域上的应用也属于本发明保护的范畴。除对植酸基碳量子点的颜色识别外，本发明开发的rgb色值传感器在其他类型颜色变化的rgb色值变化的识别上的应用也属于本发明保护的范畴。

技术特征：

1.一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：所述步骤s1中的植酸基碳量子点指示剂可负载到防腐涂层及其他载体中以指示实际场景中腐蚀的发生。

3.根据权利要求1所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：所述步骤s3中的rgb色值传感器由四个不同光敏电流放大器的光电二极管将红、绿、蓝和红外光谱范围内的光线转化为电流信号。当光线穿透液体时，ic芯片通过测量这四个通道的电流信号，可以得到环境中不同颜色光线的强度值。光强度值经过归一化处理和白平衡校准后，得出rgb值。

4.根据权利要求1所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：所述rgb色值传感器由外壳、电源模块、智控核心板、液晶显示屏、led光源和光电传感器元件构成。

5.根据权利要求4所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：将所述光电传感器元件、led光源以及样品池放置一个密闭、无反射的黑箱中进行检测，消除了外界光的干扰，保证了检测数据的精密度、准确度和稳定性。

6.根据权利要求1所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：所述植酸基碳量子点指示剂产生的rgb色值信号可由对应的rgb色值传感器准确收集。

7.根据权利要求1所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：所述步骤s1中的植酸基碳量子点指示剂的制备方法如下：

8.根据权利要求7所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：所述步骤一中的植酸以生物植酸作为原料，采用水热法制备而成。

9.根据权利要求7所述的一种金属腐蚀的监测方法，其特征在于：所述步骤二中植酸基碳量子点指示剂在自然光下呈棕黄色，当金属腐蚀的阴极产物oh存在时其颜色则变为酒红色，据此可指示腐蚀的发生。

技术总结
本发明公开了一种金属腐蚀的监测方法，涉及金属腐蚀监测技术领域，具体为一种金属腐蚀的监测方法，包括以下具体步骤：步骤S1：将0.1～5mL的植酸基碳量子点指示剂加入到一系列5mL的比色管中；步骤S2：在上述5mL比色管中加入0，20，40，60，80，120，140，160，200，240，280，320，360μL的OH<supgt;‑</supgt;(0.01mol/L)；步骤S3：摇匀，静置5min后采用所制备的RGB色值传感器读取溶液的RGB色值；建立OH<supgt;‑</supgt;与RGB色值的线性关系，获得线性回归方程及对应的相关系数。该金属腐蚀的监测方法，以生物质植酸为原料采用一步水热法制备的碳量子点对金属腐蚀的阴极产物OH<supgt;‑</supgt;具有灵敏的颜色响应，采用RGB色值传感器可准确捕捉到碳量子点的颜色，进而实现金属腐蚀的监测。

技术研发人员：廖秀芬,胡城滔,韦元波,孙丛涛,赖俊翔,侯保荣,孔令超
受保护的技术使用者：广西科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21