微通道中电解质溶液的电特性实验研究

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1、摘要微通道中电解质溶研究生：曹罚君东南大学液的电特性实验研究导师：陈云飞教授机械工程学院自90年代初提出微全分析系统(ta-TAS)概念以来，经过不断地发展，以微管道网络为主要结构特征的微流控分析(Micro．fluidicAnalysis)技术凭借其高度的集成优势，将化学分析、生物医学分析等多种功能实现了过程与结构上的技术集成，从而成为当前最为活跃的科学前沿。其中以毛细管的研究和应用最为广泛，尤其在蛋白质分离、手性分离、单细胞分析、DNA测序等方面做出了最富有特色的成果。然而，当前的毛细管应用研究

2、主要集中在高电压范同，高电压会给电解质溶液造成很强的焦耳效应及操作的不安全性，严重影响了实验的精度及可操作性，因此有必要研究小电压下微管道内溶液的电特性问题，以实现更为安全有效的操作。本文搭建测量微米级管道内溶液的电特性测量平台，研究了在直流小电压条件下微管道内NaCI溶液的等效电阻、电流与外加电压的相关性问题；探讨了微管道条件下电解质溶液理论分解电压的变化规律，进一步分析对比了在毫米管道(宏观)条件下，电解质溶液分解电压的变化规律。实验结果显示：在直流小电压(电压小于10V)作用下，微管道内溶液的

3、等效电阻与外加电压近似成反比例关系，随着电压值的增大，等效电阻值迅速减少，最后稳定在某一恒定阻值，该阻值近似为对应本体溶液的电阻值；电流与外加电压亦呈现非线性关系，且等效电阻、电流与外加电压三者关系符合欧姆定律表达式。分析结果表明：在微米级管道条件下，电解质溶液的电解及电极化作用对溶液的电流、等效电阻有重要的影响，随着电压的增大，这种影响会迅速减少，临界点电压为4～6V。对于NaCl电解质溶液的理论分解电压，实验结果显示：在微米级管道条件下，理论分解电压随着微管道内径尺寸的减小而减小，随着电解质溶液

4、浓度的增人而增大。但当管道内径增大到毫米级时，理论分解电压则随着管道内径的增大而减小，随着浓度的增大而减小。分析结果表明在微米级管道条件下管道中的电渗流对溶液的理论分解电压有重要的影响，当管径尺寸进入毫米级，电渗流的影响逐渐消失。关键词：毛细管，微管道，等效电阻，理论分解电压，实验研究ExperimentalinvestigationontheelectricalcharacteristicsoftheelectrolytesolutioninmicrotubesByCAOVa-junSupervi

5、sedbyProf．CHENYun-feiSchoolofMechanicalEngineering，SoutheastUniversityAbstractSincetheMicroTotalAnalysisSystemconceptWasbroughtupintheearly1990s，Micro—fluidicanalysiswhichcharacterizedbymicro．tubenetsasitsmainstructure，withitsadvantageofahighdegreeofin

6、tegration，achievesthetechno．integrationofprocessandconfigurationinchemicalanalysis，biomedicalanalysisetc．anddevelopsintothemostactivesciencefrontier．Inthesesubjects，capillaryismostwidelyresearchedandapplied．especiallyinproteinseparation、chiraiseparatio

7、n、single-cellanalysis、DNAsequencing，etc．However，thecurrentstudyandapplicationofcapillaryfocusesonhigh-voltagewhichbringstrongiouleeffectsandinsecurityoperationonelectrolytesolutionandseriouslyinfluencetheprecisionandmaneuverabilityofexperiments．Therefo

8、re，inordertorealizemoreeffectiveoperation,itisnecessarytoresearchontheelectricalcharacteristicsofsolutioninmicrotubesundersmall。voltageconditions．Inthisthesis，atestrigissetuptomeasuretheelectricalcharacteristicsofthesolutioninmicro-tube