
- 2025-01-21 09:33:05微納米氣泡
- 微納米氣泡是指直徑在微米或納米級別的氣泡。這些氣泡具有比表面積大、上升速度慢、自我凈化能力強等特性。在水處理領域,微納米氣泡能夠高效去除水中的懸浮物、有機物和微生物,提高水質。在環境保護方面,它們可用于土壤修復和空氣凈化。此外,微納米氣泡在醫療領域也有應用,如用于超聲波治療和藥物輸送等,展現出廣闊的應用前景。
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微納米氣泡問答
- 2020-11-03 13:51:49微納米氣泡的直觀表征方法
- 摘要微納米氣泡因其自身體積小、比表面積大、自身增壓溶解等特點,具有廣泛的應用價值。但微納米氣泡受氣泡發生條件的影響很大,需要依靠準確的檢測方法去優化氣泡發生條件,檢測微納米氣泡的性質。本文借助動態圖像法和納米顆粒跟蹤分析技術,分別檢測了微米氣泡和納米氣泡:通過動態圖像法,測得微米氣泡的粒徑分布、氣泡數量、球形度等信息,用于表征、鑒別微米氣泡;通過納米顆粒跟蹤分析技術,測得納米氣泡的粒徑分布、濃度、電位等信息,用于全面表征納米氣泡的性質。關鍵詞:微納米氣泡,動態圖像法,納米顆粒跟蹤分析技術氣泡是生活中最常見的現象之一。生活中經常能觀察到氣泡上浮、破裂的現象,這些氣泡都是我們肉眼能觀察到的大氣泡。而實際上,水中除了我們肉眼可見的這些氣泡之外,還存在更小尺度的氣泡—微納米氣泡。微納米氣泡與肉眼可見的大氣泡在粒度、穩定性、比表面積等方面存在很大差異。微納米氣泡的主要特點包括比表面積大、表面帶電荷、自身增壓溶解、上升速度慢、產生大量自由基等。在化學反應中,微納米氣泡可用于增加氣體與液體的接觸面積,促進反應發生。由于微納米氣泡體積小,在水中上升速度慢、存在時間長,也可以用在無土栽培及水產養殖中,用于水體殺菌、增加水體供氧等。微納米氣泡在破裂時還能產生大量自由基,可用于降解常規條件下難以降解的污染物,在工業和環境領域也有很高的環保應用價值。此外,微納米氣泡在清洗工業器件的微孔表面、深層清潔皮膚等方面也有不可替代的應用價值。正是因為有如此廣泛的實際應用價值,微納米氣泡目前已成為一個非常有前景的研究熱點。在微納米氣泡的實際生產過程中,不同的氣泡發生器、不同的氣泡發生條件(壓力、溫度等)、不同氣體等因素,都會直接影響微納米氣泡的粒徑分布、濃度以及電位穩定性,進而影響微納米氣泡的質量評估。而微納米氣泡的實際應用價值,也與其粒徑、濃度、zeta電位等緊密相關。因此,在微納米氣泡制備及應用過程中,準確地檢測微納米氣泡的粒徑、濃度和zeta電位,是十分必要的。一、微米氣泡的檢測針對微米級的較大氣泡,可以通過動態圖像法進行最直接的拍攝與檢測。動態圖像法是利用光源直接照射流經檢測區的顆粒,并利用CCD檢測器獲取所有顆粒的實時投影。它可以實時統計所有流經的顆粒的粒徑和數量,可以通過顆粒的球形度、長寬比等參數來區分微米氣泡與其他類型的物質,還可以通過氣泡粒徑與濃度的區別來探究不同因素對微米氣泡的影響,評估微米氣泡的實際應用價值。圖1.動態圖像法的測試原理圖2.動態圖像法檢測視野下的微米氣泡我們知道,氣泡粒徑受氣泡發生條件的影響很大。但當我們改變氣泡發生壓力時,會發現氣泡的粒徑并非一直隨氣泡發生壓力的變化而變化。我們在實際測試中,嘗試不斷增大氣泡發生壓力,再通過動態圖像法實時統計氣泡的發生效果,得到如下的數據:我們發現,當氣泡發生壓力從0.1MPa增加到0.3MPa時,氣泡的粒徑(D50%)在不斷減小,氣泡的數量也在迅速增多;但當氣泡發生壓力從0.3MPa繼續增大時,氣泡的粒徑和數量一直處于穩定水平,不再有明顯的變化。從測定zui優氣泡發生壓力值的角度來看,0.3MPa是實際應用效果ZJ的壓力值。圖3.微米氣泡的離散度分析及球形度分析借助動態圖像法,我們還可以從球形度、長寬比等角度,鑒別非氣泡類顆粒,統計非氣泡顆粒的數目,進一步評估微米氣泡測試數據的可靠性。二、納米氣泡的檢測納米氣泡的粒徑很小,其在水溶液中的布朗運動速率也很快。所以,納米氣泡很難直接通過圖像法進行測試。此時,我們借助納米顆粒追蹤分析技術(Nano-particle Tracking Analysis,NTA)來檢測納米氣泡。納米顆粒追蹤分析技術可直接檢測納米氣泡在水中的布朗運動軌跡與速率,實時統計檢測視野內的納米氣泡數量,由此計算出納米氣泡的粒徑和濃度;并通過對氣泡溶液施加電場,獲取納米氣泡在電場中的電泳運動方向和運動速率,直接計算出納米氣泡的zeta電位,有助于評估氣泡穩定性。圖4.納米顆粒追蹤分析技術檢測視野下的納米顆粒為了檢測不同氣泡發生條件引起的納米氣泡差異,我們選用某品牌氣泡發生器,利用空氣在水介質中制備納米氣泡樣品。該氣泡發生器有FB1和FB2兩個擋位,FB2擋位下水流速度更快。我們分別檢測了在不同擋位(FB1和FB2)、不同溫度(25℃和45℃)下所產生的納米氣泡的粒徑、濃度和zeta電位信息,檢測結果如下:由以上結果可以看出:(1)25℃下,由不同氣泡發生器擋位得到的納米氣泡樣品,其濃度比較接近,均在106個/ml水平;zeta電位值均為負值;但FB2擋位下得到的納米氣泡的粒徑更小,zeta電位JD值更低一些。這可能與FB2擋位下水的高流速、高剪切力有關。(2)45℃下,不同氣泡發生器擋位得到的納米氣泡,其濃度也比較接近,均在107個/ml水平,比25℃下得到的納米氣泡的濃度高得多;粒徑一致,均在126nm左右,比25℃下得到的納米氣泡的粒徑值都要小;zeta電位均為正值,且數值也更接近。25℃下產生的納米氣泡的zeta電位為負值,45℃下產生的納米氣泡的zeta電位為正值。由此可以看到,溫度對此次測試中納米氣泡的zeta電位影響非常大。圖5.不同氣泡發生條件下得到的納米氣泡的粒徑分布由上圖可以更直觀地看出,不同條件下得到的納米氣泡樣品在粒徑和濃度上的差別。微納米氣泡具有非常廣泛的實際應用價值,但氣泡發生條件對微納米氣泡的影響很大。如何優化微納米氣泡發生條件,如何快速地確認微納米氣泡的實際發生效果,都依賴于準確可靠的微納米氣泡檢測技術。我們通過動態圖像法和納米顆粒跟蹤分析技術,從不同的角度表征微納米氣泡,實現對微納米氣泡的準確檢測,為微納米氣泡相關的研究工作提供可靠的參考。
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- 2018-07-19 04:44:01微納米氣泡技術的特性是怎樣的?
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- 2023-06-14 13:08:58基于納米微滴的試劑注入到油包水液滴中
- FluoSurf (2%, w/w) in HFE 7500 含氟表面活性劑 Zhu B, Du Z, Dai Y, Kitguchi T, Behrens S, Seelig B. Nanodroplet-based reagent delivery into water-in-fluorinated-oil droplets. ChemRxiv. Cambridge: Cambridge Open Engage; 2023; 體外區隔化是一種生成油包水微滴的技術,用于建立基因型(DNA信息)-表型(生物分子功能)連鎖,這是許多生物學應用所需要的。近年來,由于氟化油具有較好的生物相容性,在微滴制造中得到了越來越廣泛的應用。然而,需要在含氟水的油微滴中添加試劑來進行多步反應是困難的。芯片上的微滴操作通常用于此目的,但它可能遇到一些技術問題,即低通量或將試劑遞送到不同的微滴中有時間延遲。因此,我們評估了采用基于納米液滴的方法使用銅離子和中等大小的肽(2 kDa)分子來解決這些問題的可行性。
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- 2024-12-27 13:45:02石英晶體微天平教程
- 石英晶體微天平教程:探索精確質量測量的應用與原理 石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)作為一種高度敏感的質量傳感器,廣泛應用于物理、化學、生物學等多個領域,尤其在納米技術、材料科學以及環境監測中具有重要地位。本文將深入探討石英晶體微天平的工作原理、使用方法以及它在各個科研領域中的應用,幫助讀者更好地理解這一儀器的功能與技術優勢。 石英晶體微天平的工作原理 石英晶體微天平的核心原理基于壓電效應。其工作方式是通過在石英晶體表面涂覆電極,當施加電壓時,石英晶體發生微小的機械振動。根據壓電效應,這種振動頻率與晶體表面吸附的物質質量密切相關。當樣品在晶體表面發生沉積時,質量增加會導致晶體的振動頻率發生微小變化。通過測量頻率的變化,QCM可以精確地檢測到沉積物的質量變化,從而實現超高靈敏度的質量檢測。 石英晶體微天平的主要構成 QCM的基本構成包括石英晶體、電極以及振蕩器等組成部分。石英晶體通常采用AT切或SC切的方式切割,以確保其具有穩定的振動頻率。電極被安置在晶體的兩面,用于施加電場和接收電信號。通過這些組件的協同作用,QCM能夠在高精度范圍內測量微小質量的變化。 石英晶體微天平的應用領域 生物傳感器 石英晶體微天平在生物學領域的應用尤為廣泛。利用其高靈敏度,QCM可以用于檢測抗原與抗體的結合反應、DNA分子檢測、細胞黏附等生物分子交互作用的研究。其無需標簽、非侵入性的特點,使得QCM成為生物傳感器領域中不可或缺的工具。 納米材料研究 在納米技術領域,QCM可以用于研究薄膜的生長過程、分子層的沉積速率以及納米材料的表面性質等。由于其極高的質量分辨率,QCM能夠對納米級別的質量變化進行實時監測,幫助研究人員精確控制和優化納米材料的制備過程。 化學反應監測 在化學領域,QCM常用于研究表面化學反應,尤其是與催化劑反應的過程。通過監測反應過程中質量的變化,研究人員能夠獲得關于反應機制的重要信息,并且能夠在催化劑的開發和優化中提供數據支持。 環境監測 QCM也可用于環境監測,特別是在氣體傳感器方面。石英晶體微天平能夠檢測空氣中污染物的微小濃度變化,幫助環保部門及時掌握環境質量變化情況,尤其適用于檢測有害氣體和氣味的監控。 石英晶體微天平的使用方法與技巧 使用石英晶體微天平時,首先需要選擇適當的晶體類型及頻率范圍。根據實驗的要求,可以選擇不同尺寸和不同頻率的石英晶體。要確保實驗環境的溫度、濕度等因素對頻率變化的影響小,以提高測試結果的準確性。每次實驗前,應對石英晶體進行清潔處理,去除表面的污染物,以確保測量數據的可靠性。 在實際操作中,用戶需要通過外部儀器對晶體的振動頻率進行監控。當晶體表面吸附的物質增加時,頻率會發生變化,記錄頻率變化量即可獲得沉積物的質量變化。需要注意的是,頻率變化的線性范圍和靈敏度受到多種因素的影響,實驗設計時需要充分考慮這些因素。 總結 石英晶體微天平作為一種高精度的質量測量工具,其在各個科研領域中的應用前景廣闊。通過深入理解QCM的工作原理和使用技巧,科研人員能夠更好地運用這一工具進行高精度質量檢測與分析。無論是在納米技術、材料科學,還是在生物醫學和環境監測領域,石英晶體微天平都具有極大的應用潛力和科學價值。掌握QCM的使用方法,并根據不同的應用需求進行優化設計,是提高實驗精度和效率的關鍵。
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- 2024-12-26 09:30:13石英晶體微天平原理
- 石英晶體微天平原理 石英晶體微天平(QCM,Quartz Crystal Microbalance)是一種高精度的質量測量儀器,廣泛應用于物理學、化學、材料科學以及生物傳感等領域。其原理基于石英晶體的壓電效應,通過測量晶體振蕩頻率的變化來間接推算質量的變化。石英晶體微天平因其高靈敏度、非破壞性和實時檢測等特點,已成為分析薄膜沉積、分子吸附、氣體檢測以及生物分子相互作用研究等領域的重要工具。本文將深入探討石英晶體微天平的工作原理、應用以及相關的研究進展。 石英晶體微天平的工作原理 石英晶體微天平的核心原理是利用石英晶體的壓電特性。當電壓施加到石英晶體上時,晶體會發生機械變形,反之,當晶體受到機械力時,便會產生電壓。在微天平的應用中,石英晶體通常被切割成特定形狀,并以一定的頻率進行振蕩。當晶體表面附著上物質時,物質的質量增加導致晶體的振蕩頻率發生變化。 QCM的操作通常涉及將石英晶體置于電場中,并通過恒定電壓激發其振蕩。根據聲波傳播原理,石英晶體振蕩的頻率與其表面附著的質量呈線性關系。當外界物質(如氣體、液體或生物分子)沉積在晶體表面時,晶體的共振頻率會發生微小變化。通過精確測量這些頻率變化,可以推算出附著物質的質量變化。 頻率變化與質量的關系 石英晶體微天平的精度非常高,通常可以檢測到極微小的質量變化。根據瑞基—赫茲(Rudolf Hertz)方程,頻率變化與質量變化之間的關系可以通過以下公式表示: [ \Delta f = -\frac{C \Delta m}{f_0^2} ] 其中,(\Delta f)是頻率變化,(\Delta m)是附著物質的質量變化,(f_0)是石英晶體的共振頻率,C是一個常數,取決于晶體的幾何形狀和振動模式。由此可見,晶體的共振頻率變化與附著的物質質量成正比,這使得QCM成為一種高效且靈敏的質量測量工具。 石英晶體微天平的應用 石英晶體微天平的應用領域極為廣泛。在材料科學中,QCM被用于研究薄膜的沉積過程和厚度測量。在生物傳感器領域,QCM能夠實時監測分子間的相互作用,如抗原—抗體反應、DNA雜交等。QCM還被廣泛應用于氣體傳感器、化學反應監測以及環境檢測等領域。 在生物傳感領域,QCM具有無標記、高靈敏度和高選擇性等優點,能夠對極低濃度的生物分子進行實時檢測。通過觀察頻率的變化,可以定量分析分子間的結合與解離過程,為生物分子互動研究提供了強大的工具。例如,在癌癥標志物檢測、病原菌識別以及藥物篩選等方面,QCM都展示了其獨特的優勢。 研究進展與挑戰 盡管石英晶體微天平在多個領域展現出優異的性能,但仍面臨一些挑戰。例如,QCM對溫度、濕度等環境因素敏感,這可能會影響測量結果的準確性。近年來,研究者們提出了許多改進方案,如通過表面修飾、優化測量方法等手段來提高其抗干擾能力。新型材料和新型傳感器的開發也是QCM研究的熱點之一。未來,隨著技術的不斷進步,石英晶體微天平在更廣泛的領域中將發揮更重要的作用。 結語 石英晶體微天平作為一種先進的質量檢測工具,憑借其高靈敏度和實時監測能力,在各個科研領域發揮著重要作用。通過不斷的技術創新和應用拓展,QCM的測量精度和適應性將得到進一步提升,推動其在生物傳感、環境監測等領域的應用前景。
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