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用白光干涉法测量溶液表面张力作用下弯月面形变的研究

作　者: 张滟
导　师: 孙长森
学　校: 大连理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 溶液表面张力测量白光干涉仪 Young-Laplace方程葡萄糖浓度测量
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要

溶液的表面张力是描述溶液性质的参数之一,尤其在化工领域有非常重要的应用价值。因此,对溶液表面张力测量方法的研究前景广阔。目前,实际应用最多的仪器所基于的方法是旋滴法和威廉米吊片法。本文提出了一种可用于溶液表面张力测量的新方法的基础研究。理论上,表面张力会造成溶液弯月面的形成,当在溶液表面中心滴一滴正十四烷(约10μl)时,由于溶液和十四烷的表面张力作用会导致十四烷扩散,与滴入十四烷前相比溶液的弯月面发生了形变,并且此形变量与溶液的表面张力大小相关。因此,基于Young-Laplace方程和液-液铺展相关理论基础,我们推导了溶液弯月面形变的描述方程,得到了溶液弯月面形变与溶液表面张力的相关性。在实验方面,为了方便测量,取溶液弯月面中心点为测量点,用扫描白光干涉仪测量出了在滴入十四烷前、后溶液弯月面中心点的位置来表示溶液弯月面的形变。基于此研究的实用性以及对溶液表面张力标定的便捷性,我们采用了不同浓度的葡萄糖溶液(3.33～12.49mmol/L)作为能产生不同表面张力的溶液。首先通过实验条件的变换,探索出了温度在24℃时的最佳实验条件为：十四烷用量为10μl,烧杯直径为45mm。然后对六种不同浓度的葡萄糖溶液进行侧量,实验结果表明十四烷扩散前和扩散后弯月面中心点的位置的变化量与葡萄糖溶液的表面张力及浓度有非常好的相关性,相关系数达到了0.994,证明此方法用于测量溶液表面张力的可行性。并且测量一个样品的时间仅用了约40分钟,与现有仪器的测量时间(1.5小时)相比,缩短了测量时间,提高了测量效率。此外,此方法也可以作为一种新型葡萄糖溶液浓度的测量方法,对于无创血糖测量领域有重要的研究意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-9
1 绪论  9-14
  1.1 溶液的表面张力  9-10
    1.1.1 影响溶液表面张力的因素  9
    1.1.2 测量表面张力的主要方法  9-10
  1.2 Michelson型光纤白光干涉技术  10-12
  1.3 选题的依据和意义  12-13
  1.4 论文的结构  13-14
2 溶液弯月面形变  14-25
  2.1 溶液的表面张力与其浓度的关系  14-17
    2.1.1 溶液的表面张力与其浓度关系的三种类型  14-15
    2.1.2 葡萄糖溶液的配制  15-16
    2.1.3 葡萄糖溶液的表面张力和其浓度的关系  16-17
  2.2 液-液铺展理论  17-22
    2.2.1 液滴铺展时表面张力主导阶段的分析  18-22
    2.2.2 n-tetradecane在葡萄糖溶液弯液面中心的铺展  22
  2.3 Young-Laplace方程描述弯月面形变  22-24
  2.4 小结  24-25
3 扫描白光干涉仪装置  25-34
  3.1 光纤Michelson干涉仪测量原理  25-30
  3.2 光纤Michelson干涉仪对弯月面中心点位置的测量  30-33
  3.3 小结  33-34
4 溶液弯月面中心点位置的实际测量和分析  34-47
  4.1 溶液弯月面中心点位置改变量  34-39
    4.1.1 n-tetradecane用量的不同对实验结果的影响  34-37
    4.1.2 烧杯直径的不同对实验结果的影响  37-39
  4.2 溶液弯月面形变与表面张力的相关性  39-44
  4.3 溶液弯月面形变与葡萄糖溶液浓度的相关性  44-45
  4.4 误差分析  45
  4.5 展望  45-46
  4.6 小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-52
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  52-53
致谢  53-54

用白光干涉法测量溶液表面张力作用下弯月面形变的研究

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