用Sciospec ISX-3阻抗分析儀測量小量樣品中甘油溶液的粘度

正文

用Sciospec ISX-3阻抗分析儀測量小量樣品中甘油溶液的粘度

簡介

在微型化和微流體系統(tǒng)中及舍，測量非常小的樣品體積的粘度是許多領(lǐng)域非常感興趣的問題未辆。本應(yīng)用筆記描述了一種方法，利用厚度剪切模諧振器阻抗譜的變化結(jié)合一個(gè)復(fù)雜的擬合算法锯玛。測量系統(tǒng)的簡單設(shè)置使集成在現(xiàn)有的微流體設(shè)置幾乎沒有任何適應(yīng)性咐柜。作為Sciospec ISX-3的驗(yàn)證，本文提供了與理論值和在相同設(shè)置上的商用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的比較攘残。一般粘度測量的樣品體積大于幾毫升拙友，標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)使用旋轉(zhuǎn)部件、流動(dòng)歼郭、毛細(xì)管系統(tǒng)或下落球體遗契。本應(yīng)用文章描述了一個(gè)不需要機(jī)械零件測量較小樣品體積的例子。

設(shè)置

一個(gè)標(biāo)稱頻率為9 MHz的厚度剪切模諧振器(TSM)通過帶有SMA連接器的定制適配器連接到Sciospec ISX-3病曾。由于靈敏度高度依賴于傳感器芯片的溫度牍蜂，它在外部溫度控制器下保持在25°C恒定。頻率范圍設(shè)置為8.9 MHz至9.1 MHz泰涂，有1001個(gè)線性分布點(diǎn)鲫竞。將頻間延遲設(shè)置為10ms，使石英系統(tǒng)有足夠的時(shí)間適應(yīng)發(fā)電機(jī)頻率的變化逼蒙。在傳感器中加入1.2 mL雙蒸餾水作為對照液从绘。在5分鐘的溫度均衡后，測量阻抗譜是牢，并保存與Sciospec阻抗分析儀套件僵井。在徹底沖洗TSM芯片后，這個(gè)程序重復(fù)10妖泄，30驹沿，50和70質(zhì)量百分比甘油溶液。所有阻抗譜如圖1所示蹈胡。

圖1: 測量溶液在傳感器上的阻抗譜

評估

所得阻抗譜擬合到由德累斯頓萊布尼茨固體和材料研究所表面動(dòng)力學(xué)組開發(fā)的復(fù)雜模型2中渊季。該模型不僅利用了振蕩器的主模朋蔫，還包括了次模。每個(gè)共振總共有5個(gè)模式却汉，以高精度(±5%)估計(jì)粘度驯妄。這允許一個(gè)穩(wěn)定的估計(jì)，因?yàn)檎麄€(gè)阻抗頻譜被使用合砂，而不僅僅是特征頻率或阻抗值青扔。即使是一個(gè)多層系統(tǒng)，估計(jì)每一層本身的粘度或密度翩伪，也可以用這種方法進(jìn)行分析微猖。在這項(xiàng)研究中，使用了一英寸石英晶體缘屹。

 

表1: 理論和實(shí)驗(yàn)得到的甘油-水溶液的粘度比較(濃度以甘油的質(zhì)量百分比為準(zhǔn))

1.2 mL的樣本量可以通過集成更小的TSM傳感器芯片進(jìn)一步減少凛剥。如表1和圖2所示，得到的粘度值與通過測量大得多的試樣體積得到的“甘油及其溶液的物理性質(zhì)”的理論值一致轻姿。

 

圖2: 粘度除以甘油溶液的質(zhì)量濃度

附加驗(yàn)證

為了驗(yàn)證Sciospec ISX-3阻抗分析系統(tǒng)的準(zhǔn)確性犁珠，使用了兩種方法。首先互亮，對每個(gè)測量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析犁享，以顯示系統(tǒng)設(shè)置的再現(xiàn)性。其次豹休，通過使用安捷倫矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀E5071C測量完全相同的傳感器炊昆，與傳統(tǒng)測試設(shè)置進(jìn)行比較。兩種測試結(jié)果都非常匹配慕爬，并且得出了相同的粘度估計(jì)結(jié)果窑眯。圖3作為一個(gè)例子顯示了用這兩種設(shè)備測量的30質(zhì)量百分比甘油-水溶液的阻抗譜。在阻抗譜中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)差異医窿。

 

圖3: Sciospec ISX-3與Agilent VNA E5071C的比較

展望

實(shí)驗(yàn)證明磅甩，ScISPec阻抗測量技術(shù)比傳統(tǒng)的設(shè)置使用高Q共振傳感器分析超小流體樣品好。由于Scispec設(shè)備是高度模塊化的姥卢，因此很容易適應(yīng)更復(fù)雜的應(yīng)用需求卷要。一個(gè)已經(jīng)在使用的模塊集成了高精度溫度控制器到儀器中，實(shí)現(xiàn)了這類實(shí)驗(yàn)的完全獨(dú)立解決方案独榴。Sciospec設(shè)備的一種新算法減少了諧振系統(tǒng)的頻間延遲僧叉，實(shí)現(xiàn)了超快速測量。上述復(fù)雜模型方法將包括層狀流體的多層參數(shù)估計(jì)棺榔。

這份應(yīng)用說明是Sciospec和萊布尼茨固體材料研究所(IFW)德累斯頓聯(lián)合研究的一部分結(jié)果瓶堕。該項(xiàng)目“技術(shù)平臺(tái):Akustoelektronische mikrofluk”是由德國聯(lián)邦醫(yī)學(xué)研究所項(xiàng)目InnoProfile資助的。

 

關(guān)于生產(chǎn)商：

Sciospec專注于電阻抗譜症歇、阻抗斷層成像和其他電化學(xué)/分析技術(shù)的解決方案郎笆。主要應(yīng)用于生物分析谭梗，生物傳感器，材料科學(xué)和過程控制宛蚓。從基于多通道生物芯片閱讀器的小規(guī)模生物芯片解決方案激捏，到用于全自動(dòng)工業(yè)過程控制或藥理學(xué)測試的高含量篩選的大規(guī)模多通道解決方案，可擴(kuò)展性是我們DNA中的一部分凄吏。以O(shè)EM模塊形式存在的Scispec技術(shù)是無數(shù)生物分析和醫(yī)療應(yīng)用產(chǎn)品的核心远舅。與此同時(shí)，我們高度可定制的解決方案使交鑰匙研究成為可能痕钢，為下一代半導(dǎo)體制造提供動(dòng)力图柏，并使自動(dòng)化組件測試應(yīng)用的可擴(kuò)展性達(dá)到新的水平。

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