专利名称：一种可在不同温度下测量液液扩散系数的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种可在不同温度下测量液液扩散系数的装置与方法，特别涉及一种
基于拉曼光谱和微流控芯片的可在不同温度下测量液液扩散系数的装置与方法。
背景技术：
液相扩散在研究传质过程、计算传质速率及化工设计与开发中起着非常重要的作
用，扩散系数是单元操作及反应设计的关键。有关液液传质及扩散方面的测量和理论描述
远比气体及固体困难。目前，液相扩散系数主要是采用实验测量获得，主要有隔膜池法(拟
稳态)，实时激光全息干涉法(非稳态)、Talyor dispersion (脉冲衰减)。 隔膜池法由于装置简单，被广泛使用。但在将溶液注入到上下两腔室过程中会伴
有扩散，对测量结果造成一定误差，且在较高测试温度下误差将加大。测量不同温度下的扩
散系数时，需要将装置清洗、干燥后再稳定温度，实验效率低。 实时激光全息干涉法通过建立液液传质和和激光全息干涉装置，实时观察拍摄液 液传质的界面现象和浓度场分布，并经过理论公式推导，得到液相扩散系数的条纹直接判 读法公式，进而计算液相扩散系数。与隔膜池法相似，测量过程中无法消除在形成液液初始 界面过程中伴随的扩散对测量结果影响。且无法实现不同温度下液液扩散系数的测量。同 时激光全息反射计量系统操作复杂，对操作人员要求较高。 Talyor dispersion方法是将溶质液滴脉冲注入到细长管中，溶剂在细长管中进 行层流连续流动，液滴注入到细长管后被分散，测量分散所造成的浓度分布进而经计算得 到扩散系数。但此方法仅适用于稀溶液，且不能实现不同温度下液液扩散系数的测量。
微流控芯片作为一种快速、高效的分析器件在近十年内快速兴起，出现了大量的 基于微流控芯片的专利技术，包括有细胞定性分析(CN200310105075. 8)、蛋白质分离分析 (CN200410020971.9)、用于冠心病诊断的小而密低密度脂蛋白分析(CN200810032532. 8) 等等。由于微流控芯片流道微小，流道内流体为层流稳态流动，扩散成为传质过程的主要控 制因素，通过测量流道内的浓度场来反演并获取液液扩散系数是可行的。微流控芯片易于 批量制造，测量和实验成本较低。所以，为实现液液扩散系数的快速、高效测量，采用微流控 芯片(microfluidic chip)技术是一种理想的方案。US7233865披露了一种基于微流控芯 片的测量扩散系数的方法，利用一个十字交叉的结构，将含有被测物质的溶液与不含有该 物质的缓冲液呈90度角引入流道内，在交叉处汇合扩散，被测物质被标记以测得其在缓冲 液中扩散的浓度分布，交叉处汇合后立刻分离，消除检测时不扩散分子的背景信号的影响。 该方法结构简单，但仅考虑粒子的扩散，不适用于纯液体的测量。 拉曼光谱作为一种高效的化学分析方法，可实现非接触的定性和定量分析丄ee等 人利用拉曼光谱观察了微流控芯片内的亚胺形成过程(Journal of Raman Spectroscopy, 34,737) ;Fletcher等人利用拉曼光谱在T型微流控芯片内研究了乙醇和乙酸合成乙酸乙 酯的过程(Electrophoresis, 24， 3239) ;Sarrazin等人在微流控芯片上利用拉曼光谱研究 了基于扩散和液滴的^0与020的合成过程(Analytical Chemistry,80， 1689) ;Yin等人利用拉曼光谱进行了原位含矿物筛选(Analytical Chemistry,81，473) 。 CN1878875A披露了 利用纳米通道或微通道填充纳米金或银微粒集合体，核苷酸经纳米颗粒集合点由拉曼光谱 检测出，从而实现DNA测序。 Salmon (A卯l. Phys. Lett, 86， 3)首次提出了基于拉曼光谱和微流控芯片的液液扩 散系数的测量方法。常温下在Y型微流控芯片上测量了二甲基亚砜、乙腈、二甲基甲酰胺与 氯仿的互扩散系数。但其方法和装置存在以下问题仅限于常温，不能实现不同温度下扩散 系数的测量；未能考虑拉曼激光加热对测量结果的扰动，测量精度低。 众所周知，温度对液液扩散系数的影响很大，所以如何快速、高效、高精度、低成本 地测量不同温度下的液液扩散系数是亟待解决的问题。
发明内容
针对已有液液扩散系数测量方法中存在的问题，本发明提供一种基于拉曼光谱和 微流控芯片的液液扩散系数的测量装置与方法，具有如下优点可获得不同温度下的液液 扩散系数，精度高、可连续操作、效率高、试剂用量小、操作简单、安全可靠。
本发明是通过以下技术方案实现的 —种可在不同温度下测量液液扩散系数的装置，其特征在于，所述的装置包括微 流控系统，均热系统和激光共焦拉曼光谱仪3，所述的微流控系统包括一块基底材料为硅的 微流控芯片2，微流控芯片2上设有两条经刻蚀的蜿蜒微流道9和IO，注射泵1和注射泵5 分别与两条蜿蜒微流道入口 15、 16相连，两条蜿蜒微流道上分别连接热电偶Tl、 T2后汇集 形成一条混合扩散直流道ll，两条蜿蜒微流道入口的入射角为0° ，热电偶T1、T2位于汇合 处上游距汇合点0. 5 2mm处，混合扩散直流道出口 17处连接一热电偶T3并与废液罐6 相连； 其中，混合扩散直流道11的横截面为矩形，宽度为600 1200iim，深度为10 50 ii m ;蜿蜒微流道9和10的深度为10 50 ii m，长度大于5cm，流道横截面为矩形，宽度为 混合扩散直流道ll的一半； 所述的均热系统包括一个由三片铜片焊接而成均热铜块4，位于上下两铜片之间 的中间铜片上表面加工有环形流道14，环形流道的宽度为1 5mm，环形流道总长为0. 3 lm，环形流道分别设置环形流道进口 12和环形流道出口 13 ;环形流道进口 12与计量泵7出 口相连，计量泵7的进口与恒温水浴箱8相连； 微流控芯片2通过导热胶粘结在均热铜块4的上表面，均热铜块4放置在拉曼光 谱仪3的显微镜载物台上。 上述技术方案中，在微流控芯片2的蜿蜒微流道9和10和混合扩散直流道11的流 道底部，具有一层沉积的银或铝的金属薄膜，薄膜厚度为150 400nm，优选200 300nm。
上述技术方案中，混合扩散直流道11的横截面的宽度优选700 900 ii m，高度优 选25 35 ii m。 上述技术方案中，均热铜块4的环形流道的宽度优选2 3mm，总长度优选0. 5 0. 8m。 本发明中的微流控芯片2，基本结构为Y型混合器，蜿蜒微流道9和10为预热段， 由两个入口流道汇合至一段直流道，即混合扩散直流道ll，拉曼光谱对这一段直流道内的溶液浓度分布进行测量，混合扩散直流道11称为测试段。为保证测试段温度均匀，两入口 流道到汇合处之间的流道设计为蜿蜒微流道(即具有回转的弯曲形状的流道)，以保证样 品充分预热，如图2所示。蜿蜒微流道横截面为矩形，宽度为测试段流道的一半，一般为刻 蚀方便深度选择与测试段流道深度一致但要确保深度为10 50 ii m，长度5cm以上以保 证不同温度要求和不同样品均可充分预热。测试段流道横截面为大宽高比的矩形，宽度为 600 1200 ii m，优选700 900 ii m，深度为20 50 ii m，优选25 35 ii m， 一方面充分抑制 由于密度差所导致的扩散界面的偏转，另一方面减小流道在高度方向的温度梯度，保证测 试段横截面温度的均匀性。两个入口流道的入射角为0。。在汇合处上游两入口流道0. 5 2mm处分别安装有一 T型热电偶，在测试段的出口安装有一 T型热电偶，以便检测流道温度 的均匀性，以其平均值作为实验温度的测量值。 微流控芯片2选用硅为基底材料，以保证良好的导热性。采用深硅刻蚀技术在硅 片上加工出如图2所示的流道。为消除拉曼测试时的激光热效应，在硅片流道底部沉积一 层高反射率的金属薄膜。先通过磁控溅射将金属薄膜沉积在刻蚀后的硅片表面，再采用负 胶工艺将流道以外的金属薄膜剥离以保证其能够与派莱克斯玻璃阳极键合封装，而保留流 道底部的铝薄膜以反射激光辐照。 高反射率金属薄膜选用银、铝等高反射率材料，优选铝，具有较高的性价比。薄膜 厚度为150 400nm，优选200 300nm。 所述的沉积金属薄膜的制作工艺，以200nm厚铝薄膜制作为例，在图3所示的光 刻、深硅刻蚀工艺后进行磁控溅射。使用铝靶，在22t:，抽真空至le—epa，再通入氩气，预溅 射120s后，再充分溅射540s。该沉积在刻蚀流道表面的铝层，测得反射率为97%，而未溅 射的裸硅流道，测得反射率为37. 7%。 所述的负胶工艺，如图4，负胶优选反转胶，反转胶AZ5214E经曝光后反转烘和泛 曝光，性能近似负胶，且更利于剥离。在沉积工艺后的片子上匀胶，再置于95t:热板上进行 前烘1分钟，使用刻蚀工艺中用的掩膜板曝光4s，再于IO(TC下烘1. 5分钟，最后取掉掩膜 全曝50s，显影。流道以外的胶除去，相应地流道以外的铝层暴露出来。最后使用金属刻蚀 IBE(离子束刻蚀)，在2. 1X10—乍a工作压力和16t:工作温度下，通入氩气，离子能量调整 为351V，电子束流99mA，中和127mA，阳极施以0. 95A45V，并最终加至l譜，阴极5. 7A，轰击 铝层18分钟，完全去除流道以外的铝薄膜。 本发明的均热块由紫铜制成，通过扩散焊将三片铜片焊接而成，如图5所示。其 中，中间一铜片加工有环形的流道。环形流道总长为0. 3 lm，优选0. 5 0. 8m，流道的宽 度为1 5mm，优选2 3mm。均热块面积大于微流控芯片并便于放置在拉曼显微镜载物台 上。均热块设置有进出口管路连通环形流道。 本发明还提供一种基于上述装置的测量不同温度下液液扩散系数的方法，包括如 下步骤 1)将水浴箱温度设定在样品的沸点以下，开启注射泵，当恒温水浴的温度稳定 后，经计量泵在微流控芯片内通入待测的不同浓度的溶液，当三个热电偶的读数偏差小于 0. 5K，计算三个测量值的平均值作为扩散系数测量对应的温度； 2)所述的拉曼光谱仪设定好包含待测物质特征峰的波数范围、激光功率与扫描 时间，保证拉曼扫描得到的信号足以定量分析，测试段被测横截面为距两入口交汇点下游0. 5 2cm处横截面，在宽度方向上设置扫描间距后自动扫描，扫描需覆盖宽度方向上的有 浓度变化的区域； 3)将拉曼光谱扫描获得的谱图信息与浓度关联，从而得到测试横截面的浓度与位 置数据，拟合得到一个扩散系数值，当注入的两溶液浓度差较小，可认为在该浓度下扩散系 数D为常数，通过公式(1)反演即获得液液扩散系数D，其中，c(x，y)为测点处的溶液浓度 (由拉曼光谱扫描取得)；Cl、 c2均为两溶液的初始摩尔分数(已知)；y为测点在流道宽度 方向距离扩散界面的距离(控制拉曼光谱自动移动平台得到)；x为被测横截面距离交汇点 的垂直距离(控制拉曼光谱自动移动平台得到且固定不变，已知)，U为平均流速(由注射
泵输入流量计算得到，已知)，erf为误差函数。 <formula>formula see original document page 7</formula>(1) 4)改变两注入溶液的浓度以测得不同浓度下的扩散系数，改变水浴箱温度以测得
不同温度下的扩散系数。 有益效果 本发明基于微流控芯片和拉曼光谱，实现不同温度下的液液扩散系数的高精度测 量。加工有环形流道的铜块并辅以水浴、计量泵保证铜块上表面温度均匀。微流控芯片通 过导热胶固定在铜块上表面。基本结构为Y型交汇结构，两入口通道为较长的蜿蜒流道使 样品充分预热。微流控芯片直流道为具有大宽高比的矩形流道，以抑制扩散界面的偏转并 保证测试段横截面温度的均匀性。通过改变水浴的温度实现不同温度下的液液扩散系数的 测量。为消除拉曼测试时的激光热效应，在硅基的流道底部溅射高反射率的纳米金属铝，提 高了测量的精度。与Salmon报导的方法相比，可实现不同温度下液液扩散系数的测量并消 除了激光热效应的影响。 与隔膜池法等常规测试方法相比，此装置具有如下几个特点采用微流控芯片 样品用量少，对于一个温度的扩散系数的测量，芯片法耗费试剂约为1 P L，隔膜池法约为 10mL ;成本低；对于剧毒危险化学品安全性高；非接触；高灵敏性；通过改变水浴温度可方 便地实现不同温度下液液扩散系数的连续测量；测量效率高，对于一个温度的扩散系数的 测量，芯片法约耗时10min，隔膜池法耗时lh以上；避免了常规测量方法在形成初始扩散界 面时忽略已有扩散所造成的误差，易于操作。 本发明的优点在于，通过微流控芯片的结构设计并结合均热装置实现不同温度下 的液液扩散系数的连续测量，并将流道底部溅射铝薄膜以提高测量精度。相对于已有技术 是一种快速、高效、高精度、低成本、易于操作的测量装置和方法，具有广泛的应用前景。
图1为不同温度下测量液液扩散系数的装置图 其中，1、5 :注射泵，2 :微流控芯片，3 :拉曼光谱仪，4 :均热铜块，6 :废液罐，7 :计 量泵，8 :恒温水浴箱，9、10 :蜿蜒微流道，ll :混合直流道，12 :进口 ， 13 :出口 ， Tl 、 T2、 T3 :热电偶。
图2为微流控芯片结构示意图 其中，2 :微流控芯片，9、10 :蜿蜒微流道，ll :混合直流道，15、16 :蜿蜒微流道入口，17 :混合直流道出口， T1、T2、T3 :热电偶。 图3为硅基微流控芯片基底的制作工艺流程图 其中18 :二氧化硅层，19 :硅衬底，20 :正型光刻胶，21 :光源，22 :掩膜版。 图4为负胶工艺流程图 其中23 :铝薄膜，24 :负型光刻胶。
图5为均热铜块结构示意图 其中，12 :环形流道进口 ， 13 :环形流道出口 ，环形流道14。 图6为本发明之实施例1的室温下甲苯摩尔分数0. 347对应的扩散系数拟合曲线 图 图7为本发明之实施例1与对比例1的甲苯与环己烷扩散系数测量数据图
其中，▲实施例1 (328K)，參实施例1 (313K) ， ■实施例1 (298K) ， △对比例 1 (328K) ， O对比例1 (313K) ， A对比例1 (298K)。 图8为本发明之对比例2在普通硅-玻璃芯片上测量甲苯与环己烷扩散系数的数 据图 其中，*对比例2(25mW 10s) ， ^对比例2(12. 5mW 20s) ， v对比例2 (2. 5mW 100s)， B实施例1 (25mW 10s) ， 口对比例1。
具体实施例方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图 作详细说明如下。 本发明可实现不同温度下的液液扩散系数的连续测量，采用共焦显微拉曼光谱仪 实现微流控芯片内的样品浓度测试，微通道底面溅射高反射率纳米金属铝来削弱激光热效 应，均热块供以芯片内样品所需的均匀恒定温度，最后非线性拟合菲克第二定律修正后的 函数拟合得不同温度下与浓度相关的扩散系数。以下特举实施例并辅以对比例，但并不表 示此系统仅局限于这个实施例。 对比例1 :甲苯与环己烷的扩散系数测量(隔膜池法) 1971年Sanni等人利用隔膜池法测定甲苯与环己烷的扩散系数(Sanni， J. Chem. Eng. Data, 1971， 16,424)。装置为玻璃制的密闭扩散池，具有上下两室，中间由多孔膜隔开。 多孔膜的作用是避免上下两室溶液的对流，并保证充分的分子扩散发生。多孔膜两侧面加 入磁力搅拌以避免溶液在膜附近浓度不均。上下两室的样品由聚四氟乙烯管引入以保证样 品稳定进入且避免测量前不必要的混合。在测量之前，需要标定隔膜池，用已知扩散系数的 体系KC1/U0确定膜池系数。再利用膜池系数来修正扩散系数的测量值。每一组测量前， 在上下室注入不同浓度的溶液，先注入上层较轻的溶液再注入下层较重的溶液，连续检测 两室的浓度变化，最终可获得两初始浓度之间的积分扩散系数。由于磁力搅拌造成连续测 量的不稳，在每一次定时测量前停止搅拌几秒钟以完成浓度测量。 一组测量后，彻底清洗多 孔膜、扩散池及其管路，再进入下一个浓度段的扩散系数测量。隔膜池置于恒温水浴中，控 制水浴温度即可测量不同温度下的扩散系数。该方法所得到的数据将与实施例1的结果进 行比较。 该对比例测量一个浓度段的扩散系数所用的样品总量约为80mL，且扩散过程将持续1-3天。 实施例1 :甲苯与环己烷的扩散系数测量(本发明所述方法) 硅基微流控芯片，首先通过深硅刻蚀获得具有如图2所示图形的硅基底，再利用 负胶工艺在流道底部留下200nm厚的铝薄膜，最后与玻璃阳极键合。将芯片粘在均热铜块 表面。主扩散直流道截面尺寸800iim宽，深度30iim。 配制甲苯的摩尔分数分别为0. 247和0. 447的甲苯_环己烷溶液，利用注射泵将 两浓度的溶液分别以10 ii L min—1注入芯片的两入口 ，选择交汇点下游轴向lcm距离处截 面为测量截面，以30iim为横向扫描间隔，拉曼光谱在每一位置扫描七次，数据为七次浓度 测量的平均值，拉曼光谱选用514. 5nm氩离子激光器，功率为25mW，单次采样扫描时间10s。 将获得的对应位置的浓度值，以及两入口浓度(实测两蜿蜒预热段内的浓度)、轴向距离， 平均流速等已知参数拟合式(1)，拟合曲线如图6所示，反演得到298K下的扩散系数D为 1. 86X10—V s—、 以如上所述的相同方法进行不同浓度的扩散系数测量，改变温度即调整水浴温 度，待芯片内布置的热电偶温度显示稳定后再进行相同的测量，扩散系数测量结果与隔膜 池法的数据平均偏差<10%，如图7所示。可见，采用本发明的装置和方法所得结果与传统 方法吻合很好，具有较高的精度。而该方法对于一个浓度段的扩散系数测量，样品用量约为 10 ii L，而测量时间则只需10分钟。两次测量只需改变进样浓度，无需复杂的操作与麻烦的 清洗。 该实施例充分体现了本发明所述的装置与方法具有快速、高效、高精度、低成本、 易于操作等优点。
对比例2 :用普通硅_玻璃芯片测量 普通硅-玻璃芯片制作方法，先通过深硅刻蚀获得与图2相同结构的硅基底，再与 玻璃阳极键合。它与本发明所述的芯片唯一的不同是，流道底部没有铝薄膜。Salmon等人 采用相同的硅_玻璃芯片进行室温下液液扩散系数的测量(A卯l. Phys. Lett, 86， 3)。
配制甲苯的摩尔分数分别为0. 621和0. 819的甲苯_环己烷溶液，室温条件下，利 用注射泵将两浓度的溶液分别以10ii L ，min—工注入芯片的两入口，选择交汇点下游轴向lcm 距离处截面为测量截面，以30iim为横向扫描间隔，拉曼光谱在每一位置扫描七次，数据为 七次浓度测量的平均值。拉曼光谱选用514.5nm氩离子激光器，为表明激光热效应的影响 程度，功率分别设置为25mW、12. 5mW、2. 5mW，为保证降低功率仍能得到相同的信号强度，对 应的单次采样扫描时间分别为10s、20s、100s。拟合后得到的数据见图8。
可见，用普通的硅-玻璃芯片进行测量，即使降低功率仍无法得到可靠的结果，无 法在较短的时间内保证测量精度。 实施例2 :用带有铝薄膜的硅_玻璃芯片测量 带有铝薄膜的硅_玻璃芯片为实施例1所用芯片。芯片粘于均热铜块表面。主扩 散直流道截面尺寸800 ii m宽，深度30 ii m。 配制甲苯的摩尔分数分别为O. 609和0.811的甲苯_环己烷溶液，室温条件下，利 用注射泵将两浓度的溶液分别以10ii L ，min—工注入芯片的两入口，选择交汇点下游轴向lcm 距离处截面为测量截面，以30iim为横向扫描间隔，拉曼光谱在每一位置扫描七次，数据为 七次浓度测量的平均值。拉曼光谱选用514. 5nm氩离子激光器，功率25mW，单次采样扫描时间分别为10s。拟合后得到的数据见图8，与隔膜池所测得的室温下数据偏差仅为10%。
对比例2在普通的硅_玻璃芯片上测量，即使降低功率也无法在较短的时间内得 到较准确的结果。而此实施例以最高激光功率实现了较高精度的测量。可见，本发明提供 的在硅基流道底部溅射纳米金属铝是保证测量快速、高效、高精度的必要条件。
权利要求
一种可在不同温度下测量液液扩散系数的装置，其特征在于，所述的装置包括微流控系统，均热系统和激光共焦拉曼光谱仪(3)，所述的微流控系统包括一块基底材料为硅的微流控芯片(2)，微流控芯片(2)上设有两条经刻蚀的蜿蜒微流道(9，10)，注射泵(1)和注射泵(5)分别与两条蜿蜒微流道入口(15，16)相连，两条蜿蜒微流道上分别连接热电偶T1、T2后汇集形成一条混合扩散直流道(11)，两条蜿蜒微流道入口的入射角为0°，热电偶T1、T2位于两条蜿蜒微流汇合处上游距汇合点0.5～2mm处，混合扩散直流道出口(17)处连接一热电偶T3并与废液罐(6)相连；其中，混合扩散直流道(11)的横截面为矩形，宽度为600～1200μm，深度为10～50μm；蜿蜒微流道(9，10)的深度为10～50μm，长度大于5cm，流道横截面为矩形，宽度为混合扩散直流道(11)宽度的一半；所述的均热系统包括一个由三片铜片焊接而成均热铜块(4)，位于上下两铜片之间的中间铜片的上表面加工有环形流道(14)，环形流道(14)的宽度为1～5mm，环形流道总长为0.3～1m，环形流道(14)分别设置环形流道进口(12)和环形流道出口(13)；环形流道进口(12)与计量泵(7)出口相连，计量泵(7)的进口与恒温水浴箱(8)相连；微流控芯片(2)通过导热胶粘结在均热铜块(4)的上表面，均热铜块(4)放置在拉曼光谱仪(3)的显微镜载物台上。
2. 如权利要求1所述的可在不同温度下测量液液扩散系数的装置，其特征在于，在所 述微流控芯片(2)的蜿蜒微流道(9， 10)和混合扩散直流道(11)的流道底部，具有一层沉 积的银或铝的金属薄膜，薄膜厚度为150 400nm。
3. 如权利要求2所述的可在不同温度下测量液液扩散系数的装置，其特征在于，所述 的金属薄膜厚度为200 300nm。
4. 如权利要求1所述的可在不同温度下测量液液扩散系数的装置，其特征在于，混合 扩散直流道(11)的横截面宽度为700 900iim，深度为25 35iim。
5. 如权利要求1所述的可在不同温度下测量液液扩散系数的装置，其特征在于，均热 铜块(4)的环形流道的宽度为2 3mm，总长度为0. 5 0. 8m。
6. —种基于权利要求1所述装置的测量不同温度下液液扩散系数的方法，其特征在 于，所述方法包括如下步骤1) 将水浴箱温度设定在样品的沸点以下，开启注射泵，当恒温水浴的温度稳定后，经计 量泵在微流控芯片内通入待测的不同浓度的溶液，三个热电偶的读数偏差小于0. 5K时，计 算三个测量值的平均值作为扩散系数测量对应的温度；2) 所述的拉曼光谱仪设定好包含待测物质特征峰的波数范围、激光功率与扫描时间， 保证拉曼扫描得到的信号足以定量分析，混合扩散直流道中被测横截面为距两条蜿蜒微流 道交汇点下游0. 5 2cm处横截面，在宽度方向上设置扫描间距后自动扫描，扫描需覆盖宽 度方向上有浓度变化的区域；3) 将拉曼光谱扫描获得的谱图信息与浓度关联，得到测试横截面的浓度与位置数据， 拟合得到一个扩散系数值，当注入的两溶液浓度差较小，在该浓度下扩散系数D为常数，通 过公式(1)反演即获得液液扩散系数D，其中，c(x， y)为测点处的溶液浓度，Cl、 q均为两 溶液的初始摩尔分数；y为测点在流道宽度方向距离扩散界面的距离，x为被测横截面距离 交汇点的垂直距离，U为平均流速，erf为误差函数；<formula>formula see original document page 3</formula>(1)4)改变两注入溶液的浓度测得不同浓度下的扩散系数，改变水浴箱温度测得不同温度 下的扩散系数。
全文摘要
本发明涉及一种可在不同温度下测量液液扩散系数的装置与方法。本发明通过注射泵1和5将不同浓度的溶液连续注入到具有Y型结构的微流控芯片2中，通过拉曼光谱仪3对微流控芯片2中的混合流道的浓度分布进行测量，进而反演出液液扩散系数。微流控芯片放置在均热块4上，均热块4与计量泵7和恒温水浴8相连，实现不同温度下的测量。微流控芯片2通过混合前蜿蜒微流道结构设计、混合流道截面设计为大宽高比的矩形，流道底部镀铝来实现高精度测量。采用本发明的装置和方法能够实现不同温度下的液液扩散系数的连续测量，并具有样品用量少、成本低、非接触、高灵敏性、重复性高、效率高、误差小、安全可靠、易操作等优点。
文档编号G01N13/00GK101701895SQ20091019861
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者于新海, 何乃昺, 林莹, 涂善东, 王正东 申请人:华东理工大学