微通道無膜擴散法測定陰離子擴散系數

【摘 要】 論文描述了一個新的微流控裝置，它是利用重力驅動的芯片多相層流測定裝置，它使兩種液體間產生無膜擴散。利用無膜擴散和顯色反應成功地測得陰離子的擴散系數。

【關鍵詞】 擴散 擴散系數 無膜擴散 微通道

液相擴散系數的測定方法較多，其中，光干涉法精度最高，但對設備及操作要求較嚴格。Taylor分散法的優點是操作簡單，在普通實驗室即可實現。有較高精度，而且測定周期短，適于大批量數據的測定。但綜合比較，全息干涉法操作簡便，可實現實時測量，是最有發展前途的一種方法。這些擴散系數測定方法都無法對離子的擴散系數進行測定。本實驗利用層流效應而產生的無膜擴散測定溶液的陰離子擴散系數。

1 實驗部分

1.1試劑及儀器

數碼相機，顯微鏡，電子天平，玻璃芯片，電子溫度調節儀，鉑電阻。

1.2實驗步驟

（1）在玻璃芯片上端的兩個小孔上粘兩個細玻璃管，把輸液器與玻璃芯片連接。

（2）打開輸液器開關，進行通道清洗。

（3）通過顯微觀察流速及顏色變化，當溶液流動穩定后，用濾紙收集從芯片內流出的溶液，并在開始收集時用秒表計時到收集結束。在分析天平上稱重，記錄重量。

（4）用與顯微鏡相連的數碼相機在超微距狀態連續拍攝兩種溶液在管道內同時流動并擴散的照片。

1.3數據處理方法

本實驗為在無膜狀態下測定擴散系數提供一種方法，并為今后分析，分離試樣提供基礎數據。擴散系數的計算運用公式（1-1）

[t=L2D] （1）

L：擴散層的寬度或寬度差，m；

t：分子擴散通過L距離所需的擴散時間，s；

D：溶液擴散系數，m2/s。

2 結果與討論

（1）在實際測定中微通道中溶液的流速在（1～10）cm/s，雷諾數小于10，溶液在微通道中是穩定的層流。

（2）酚酞試液與氫氧化鈉會發生化學顯色反應，兩種溶液混合后溶液會變成粉紅色。運用公式（1-1）可以計算出NaOH溶液的擴散系數。

當NaOH溶液濃度為0.1mol/L時，不同流速對擴散系數的影響如表1所示：

表1 0.1mol/LNaOH溶液擴散系數D

由于酚酞是有機酸，屬于有機大分子，擴散速度要比無機離子小得多，可以認為這個實驗中起主要作用的是OH-，因此也就可以認為：

D=DOH-

實驗中數據的誤差由以下幾個因素引起：（1）流速測定的實驗中，濾紙所吸附的水分在空氣中的流失；（2）測量各個尺寸引起的誤差。

參考文獻：

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[2]方肇倫。微流控分析芯片發展與展望，大學化學，1998。16（2）：1-6

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