一种不混溶液体界面电荷密度原位测量方法、装置和系统

本文涉及流体界面测量领域，尤指一种不混溶液体界面电荷密度原位测量方法、装置和系统。

背景技术：

1、液液界面电荷密度与界面电动电位一般成正比，是衡量胶体分散系稳定性的关键参数，被广泛应用于地质、石油和化学工程等工业和研究领域。特别地，在非常规油气开采过程中，离子驱是一种利用含有化学离子的驱替液提高油藏采收率的方法，驱替液与油滴及岩石的双电层静电相互作用对驱替过程有重要影响；在非接触式地质探测中，以界面带电为基础的流动电势方法是获得地下水和矿物资源分布的重要方法；在食品药品化工生产中，液液界面带电量对控制乳液和悬浮液体系的稳定性十分重要。因此，对液液界面电荷密度的清晰认识对促进石油勘探开发、地质探测和化工生产十分重要。

2、目前已经有针对不混溶液体的液液界面的电荷密度测量方法，但具有一定局限性。第一，其基于内壁面具有聚合物涂层的流道进行测量，以避免流道内壁材料与液体之间的固液界面对流道内液液界面的干扰，需要对流道进行聚合物涂覆处理，测量方法繁琐且复杂；第二，现有的测量方法中，流动电势由位于储液容器中的电极测量，并不能代表真实的流道内液体的流动电势，导致获得的电荷密度准确性低，而且对连接流道和储液池的管线尺寸有严格的要求，增加了测量难度；第三，现有的测量方法基于表面电导原理，适用于数值较大的电荷密度测量，而且适用于较窄的流道尺寸，对于测量装置的限制较为严格，难以推广应用。

技术实现思路

1、本申请提供了一种不混溶液体界面电荷密度原位测量方法、装置和系统，简化了对测量装置的要求，提高了不混溶液体界面电荷密度测量的准确性，适用范围广，易于推广应用。

2、一方面，本申请实施例提供了一种不混溶液体界面电荷密度原位测量方法，包括：

3、获取微流动芯片中并行流道的多组数据，其中，每一组数据包括并行流道两端的第一液体压降和第一液体电势降，所述并行流道内并排流动有互相不混溶的第一液体和第二液体；

4、基于所述多组数据，以所述第一液体压降为横坐标，以所述第一液体电势降为纵坐标进行曲线拟合，获得所拟合的曲线的斜率α；

5、根据公式获得液液界面的电荷密度；

6、其中，所述液液界面为所述并行流道中所述第一液体和第二液体之间的界面；ql-l代表所述电荷密度，μ代表所述第一液体的动力粘度，σ0代表所述第一液体的体电导率，h代表所述并行流道的总高度，β代表所述并行流道的几何参数，β＝6w/h2，w代表所述并行流道的总宽度，h<<w；qs-l,eff代表所述第一液体与所述并行流道的内壁面材料之间的等效固液界面电荷密度；所述第一液体电势降由位于所述并行流道内的微电极对所述第一液体进行原位测量而获得，γ代表预先获得的所述第一液体压降占所述微流动芯片压降的百分比，所述并行流道的长度小于预设长度阈值。

7、另一方面，本申请实施例还提供了一种不混溶液体界面电荷密度原位测量装置，包括处理器和存储器：

8、所述存储器用于保存不混溶液体界面电荷密度原位测量程序；

9、所述处理器用于读取所述不混溶液体界面电荷密度原位测量程序，并进行如上述实施例所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量方法。

10、另一方面，本申请实施例还提供了一种不混溶液体界面电荷密度原位测量系统，包括：微流动芯片、如上述实施例所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量装置、互相不混溶的第一液体和第二液体；

11、所述微流动芯片包括并行流道和位于所述并行流道内的微电极，所述并行流道的长度小于预设长度阈值；

12、所述并行流道用于所述第一液体和所述第二液体的并排流动，所述并行流道的总高度为h，所述并行流道的总宽度为w，所述并行流道的几何参数为β＝6w/h2，h《w；

13、所述微电极用于对所述并行流道内的所述第一液体进行原位测量获得第一液体电势降，并发送给所述不混溶液体界面电荷密度原位测量装置，其中，所述第一液体与所述并行流道的内壁面材料的等效固液界面电荷密度为qs-l,eff；

14、所述不混溶液体界面电荷密度原位测量装置用于获得所述并行流道的多组数据，每一组数据包括并行流道两端的第一液体压降和所述第一液体电势降；并基于所述多组数据以所述第一液体压降为横坐标，以所述第一液体电势降为纵坐标进行曲线拟合，获得所拟合的曲线的斜率α；并根据公式获得液液界面的电荷密度；其中，所述液液界面为所述第一液体和第二液体之间的界面；ql-l代表所述电荷密度，μ代表所述第一液体的动力粘度，σ0代表所述第一液体的体电导率，γ代表预先获得的所述第一液体压降占所述微流动芯片压降的百分比。

15、与相关技术相比，本申请实施例的不混溶液体界面电荷密度原位测量方法、装置和系统，采用位于微流动芯片并行流道内的微电极测量电势，能够代表真实的第一液体电势降，提高了不混溶液体界面电荷密度测量的准确性，适用于各种数值范围的不混溶液体界面电荷密度测量，对流道内壁材料和流道宽度均没有任何限定，解除了对并行流道的内壁面材料、并行流道宽度以及所述微流动芯片之外流体管线长度的限制，简化了对测量装置的要求，易于推广应用。

16、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

技术特征：

1.一种不混溶液体界面电荷密度原位测量方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量方法，其特征在于，所述获取微流动芯片中并行流道的多组数据，包括：

3.如权利要求2所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量方法，其特征在于，所述获取所述并行流道两端的所述第一液体电势降，包括：

4.如权利要求3所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量方法，其特征在于：

5.如权利要求1所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量方法，其特征在于，所述根据公式获得液液界面的电荷密度，包括：

6.如权利要求1所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量方法，其特征在于：

7.一种不混溶液体界面电荷密度原位测量装置，包括处理器和存储器，其特征在于：

8.一种不混溶液体界面电荷密度原位测量系统，其特征在于，包括：微流动芯片、如权利要求7所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量装置、互相不混溶的第一液体和第二液体；

9.如权利要求8所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量系统，其特征在于：还包括压力发生装置和电流计；

10.如权利要求8所述的不混溶液体界面电荷密度原位测量系统，其特征在于：

技术总结
一种不混溶液体界面电荷密度原位测量方法、装置和系统，所述方法包括：获取微流动芯片中并行流道的多组数据，包括并行流道两端的第一液体压降和第一液体电势降，并行流道内并排流动有互相不混溶的第一液体和第二液体，以第一液体压降为横坐标，以第一液体电势降为纵坐标进行曲线拟合，获得斜率α，根据公式获得液液界面的电荷密度，液液界面为第一液体和第二液体之间的界面；Q<subgt;s‑l,eff</subgt;代表第一液体与所述并行流道的内壁面材料之间的等效固液界面电荷密度，第一液体电势降由位于并行流道内的电极对第一液体进行原位测量而获得，简化了对测量装置的要求，提高了不混溶液体界面电荷密度测量的准确性，适用于各种数值范围的电荷密度测量，易于推广应用。

技术研发人员：王沫然,黄云帆
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29