音場-重力-流体場の複合による粒子のサイズと構成物質の二次元一括分離

利用声场、重力和流体场的组合对颗粒尺寸和成分材料进行二维同时分离

基本信息

批准号：
21655026
负责人：
岡田哲男
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21655026/
关键词：
粒子超音波流れストークス抵抗

项目摘要

これまでに蓄積した知識と技術によりセルを設計、作製し、音場-重力複合場での粒子挙動を観察して、以下のことを明らかにした。イオン交換過程のダイナミクスイオン交換樹脂の音響物性は、対イオンによって変化する。音場-重力複合場内でイオン交換樹脂一粒を用いてイオン交換過程を追跡すると、イオン交換の進行と共に浮揚位置が変化する。したがって、浮揚位置の時間変化からイオン交換過程の動的挙動を検討することが可能である。陽イオン交換樹脂を用いて、種々のイオンから水素イオンへの置換過程を追跡し、さらにその結果とPlanck-Nernst式に基づいて解析した。その結果、アルカリ金属イオン類のイオン交換樹脂中での拡散係数を求めることに成功し、さらにテトラエチルアンモニウムイオンではイオン交換が完全には完結しない可能性を見出した。音場-流体場を利用する大きさの選別上述の通り重力方向では物質分離の可能性を確認したので、重力と垂直な方向の流れを利用してサイズ分離の可能性を検討した。セル内の流れによるストース抵抗と横方向の音響放射力の釣り合いからから横方向の音響放射力を見積もった。大きな粒子ほど横方向の音響放射力が大きく、その結果セル中央部にとどまるのに対して、小さな粒子は流れによる影響で下流方向への変位が大きいことが明らかになった。安定した試料注入が困難であったが、試料注入法を工夫することで、シリカゲル粒子の大きさ分離に成功した。これにより、サイズと物質両方を同時に見分ける2次元分離の可能性が強く示唆された。

利用迄今为止积累的知识和技术，我们设计并制造了一个单元，观察了声学和重力组合场中的粒子行为，并阐明了以下内容。离子交换过程的动力学离子交换树脂的声学特性根据反离子而变化。当在声学和重力组合场中使用单个离子交换树脂颗粒跟踪离子交换过程时，浮动位置随着离子交换的进行而变化。因此，可以从浮动位置的时间变化来研究离子交换过程的动态行为。使用阳离子交换树脂，我们跟踪了氢离子取代各种离子的过程，并根据普朗克-能斯特方程进一步分析了结果。结果，我们成功测定了碱金属离子在离子交换树脂中的扩散系数，并且还发现与四乙铵离子的离子交换可能无法完全完成。利用声场和流体场进行尺寸选择如上所述，我们确认了在重力方向上进行材料分离的可能性，因此我们研究了利用垂直于重力方向上的流动进行尺寸分离的可能性。根据细胞内流动引起的斯托亚斯阻力与横向声辐射力之间的平衡来估计横向声辐射力。结果表明，较大的颗粒具有较大的横向声辐射力，因此停留在单元的中心，而较小的颗粒由于流动的影响而向下游产生较大的位移。稳定的样品注入很困难，但通过设计样品注入方法，我们成功地分离了硅胶颗粒的大小。这强烈表明二维分离的可能性，可以同时区分大小和物质。