光纤耦合微通道反应系统原位监测海水氨氮和亚硝酸盐的研究

原位监测海水中氨氮(NH_(3)-N)和亚硝酸盐(NO_(2)^(-))对于水体富营养化评价十分重要。针对现有的氨氮、亚硝酸盐原位监测仪器难以在同一检测模块中分别实现荧光和分光光度分析,仪器高效集成及利用受到限制等问题,本文基于光纤耦合微通道反应系统,通过光波长切割、光纤波导和微通道反应Z型检测池等技术集成和条件优化,提出了在同一光纤偶联微反应系统中实现氨氮荧光分析和亚硝酸盐分光光度分析的原位测定技术。结果表明,该技术实现了荧光和可见光光度法的模式切换并可分别测定NH_(3)-N和定;不同的盐度对氨氮和亚硝酸盐测定影响较小;不同浊度下氨氮测定误差为-6.6%~2.5%,浊度补偿校正后NO_(2)^(-)测定误差小于0.1%。将该仪器应用于养殖海水中开展氨氮和亚硝酸盐的原位分析,仪器原位监测值与实验室方法测定值相符合。本文所提出的技术在同一模块中分别实现了氨氮和亚硝酸盐的荧光和分光光度两种模式的原位监测,为海水营养盐原位监测仪器的集成化设计提供了新的思路。

页岩气井液岩相互作用机理与焖井制度研究进展

页岩气生产实践表明,压裂作业结束后焖井能显著提高气井初期产量,但面对特定情况如何制定科学的焖井制度,缺乏对现有文献的全面回顾和总结。基于国内外学者在页岩气井焖井期间液岩相互作用对储层的改造和损害机理、模型和影响因素等方面的研究成果,总结了液岩相互作用机理和现有焖井制度,结果表明,储层条件下液岩相互作用是焖井增产的本质,液岩相互作用程度是制定焖井制度的关键。焖井期间液岩相互作用对储层兼具改造和损害作用,对储层的改造包括微裂缝的萌生扩展和气液渗吸置换;对储层的损害包括固相堵塞和压裂液侵入引起的水相圈闭,建立液岩相互作用与储层有效孔隙结构参数之间的未知桥梁是研究焖井制度的关键。针对目前制约液岩相互作用研究的跨尺度和高度非线性问题,提出了基于分子动力学的有效裂缝刻画模型和工业级人工智能页岩气井焖井优化模型。

桌面式高通量微反应系统制备氢氟酸改性锆粉

为连续化高安全性地实现锆粉的感度控制,构建了一个桌面式高通量微反应系统,并验证了利用该系统制备氢氟酸改性锆粉的可行性。通过调节流体流速比、流量及氢氟酸浓度,对改性锆粉的形貌与结构进行了研究。采用热分析法与静电火花感度测试对改性锆粉的热性能与安全性进行了分析。研究结果表明:桌面式高通量微反应系统可以实现形貌良好的锆粉改性制备,并达到每小时百克量级的处理量,改性后锆粉的表面主要由含氟氧化锆层与氢化锆层组成;氢氟酸改性锆粉的氧化速率更快,反应完全所需的时间更短,氧化增重较原料锆降低了4.0%,50%发火能量E_(50)由原料锆粉的1.42 mJ提升至8.98 mJ,静电火花感度明显降低。

基于锰铜高阻尼合金弹簧的反作用轮隔振器性能研究

为解决反作用轮微振动引起卫星成像质量下降问题,依据反作用轮微振动特性,设计了一种汇聚式六自由度被动隔振系统。隔振系统通过弹簧刚度设计降低系统整体模态频率,结合高阻尼特性的锰铜合金作为隔振元件材料来提高振动能量衰减。首先,采用拉格朗日方程建立隔振系统动力学模型,考虑刚度对隔振性能影响,设计不同结构参数弹簧进行对照,分析弹簧径轴刚度比与系统基频关系,并确定最佳隔振结构参数;其次,利用有限元法分析隔振系统模态及振动传递特性,讨论各自由度下振动抑制性能;最后,搭建Kistler微振动试验平台对隔振前后的反作用轮微振动进行测量,分析与验证隔振器的减振效果。结果表明:隔振系统在六个扰动方向和中高频范围内隔振效果显著,在1000 Hz主频振动处隔振效果超过40 dB;在0~2500 r/min转速内F z方向上最大振动幅值的减振百分比达到92.42%。

微化工系统内多相流动及其传递反应性能研究进展

微化工系统是化学工程学科的研究热点之一,鉴于其良好的传递和反应特性,在多相反应和分离过程中受到了广泛的关注。目前关于微化工系统的研究主要集中在新型微分散技术、微介观尺度混合、多相传递性能以及反应过程调控等方面,近年来取得了显著的进展。本文主要针对微化工系统研究中的关键科学问题进行综述,探讨微化工系统的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。

微尺度下非均相反应的研究进展

微结构反应器(微反应器)是微化工系统的核心装备之一,是实现化工过程强化的重要技术基础。从微尺度非均相反应过程的基本原理出发,系统综述了近十年来微尺度下多相流动、分散和传递等方面的相关报道,系统地介绍了一些典型微尺度非均相反应过程,分析总结了微尺度反应技术的优势和特点,并对未来微尺度反应技术的发展方向提出了展望。

三元微电解体系在废水处理中的实验研究

在研究Fe-C微电解的基础上,探索了向二元微电解体系中投加反应材料Al和接触材料Cu构成的三元反应体系对废水处理速率和效果的影响。结果表明,投加Al和Cu构成的三元微电解体系可以增强处理效果,使得废水COD的去除率由原来的35%分别提高到46%和41%,并能有效地提高处理废水的速率,可作为微电解工艺优化的研究方向。

微量反应系统化学动力学教学实验的设计与应用

利用光纤光谱仪构建微量反应系统,并通过偶氮染料橙黄II在铁-亚硫酸钠-溶解氧体系中的脱色反应,分别用特征动力学方程法及初始速率法进行了脱色反应动力学分析。该实验体系能够实现简单、快速的均相溶液反应动力学实验,其数据处理方法较好地巩固和提升了对反应动力学理论课教学内容的学习。整个实验体系的设计与应用能够满足物理化学、大学化学、环境化学等相关课程中有关反应动力学的实验教学需求。

反—Prelog还原体系、微水相羟氰化酶工作体系的发现及光学活性化合物的合成

我们从土壤中筛选出一株有自主知识产权的霉菌(白地霉G.38),并发现它有独特的还原性能和优越的反应活性.与啤酒酵母作用相比,催化还原羰基,产物的立体化学上是按anti-Prelog的构型模式进行的.同时我们还开展了羟氰化酶合成光学活性的氰醇化合物的研究,发现和建立了一种适合粗酶作用的微水相工作体系,在工业上有实用前景.并筛选到3个高活性的(R)-氰醇酶源.

快速微量提取番茄DNA及SSR-PCR反应体系的优化

以番茄叶片为试材,采用改进的CTAB法,电钻研磨,提取过程中加入醋酸铜,设计4因素3水平的正交试验对PCR反应体系进行优化,同时利用梯度PCR对退火温度进行选择选择。结果表明:优化的10μL反应体系含:1×buffer,1.2 mmol/L Mg2+,1.5 mmol/L dNTPs,1.2μmol/L引物,0.75 UTaqDNA聚合酶,10 ng模板DNA。扩增程序为:94℃预变性2 min;94℃变性30 s,49.2℃退火30 s,68℃延伸30 s,共35个循环;最后72℃延伸8 min。优化的反应体系可以用于SSR分子标记机的研究,在所有SSR引物中基本都能有效扩增;改进的CTAB法提取的DNA纯度更高。

催化反应过程绿色集成系统

在化工生产过程中,通常需要多步化学反应才能获得目标产物。为了最大限度地节约能源、提高资源利用率和减少排放,多步反应过程集成是重要途径。通过对化学反应过程集成系统的分析,基于不同催化剂活性相的组合尺度,提出将多个催化反应构成的系统划分为纳米尺度、微米尺度和宏观尺度3类绿色集成系统,并通过典型实例进行了论述。认为催化剂活性相以纳微尺度复合的多功能催化剂是实现多步反应一步化的有效方法之一。

微反应槽PCR芯片阵列前馈-串级控制系统

设计了内部不含温度传感元件、加热元件的低成本微反应槽聚合酶链式反应(PCR)芯片,研制了宏观集中控制与微观分散控制有机结合的芯片阵列温度控制系统。宏观集中控制装置以水为传热媒质,通过特制换热器给芯片提供聚合酶反应所需的基本温度;在柔性印刷电路板上形成与芯片阵列对应的微型加热器阵列,针对各芯片进行分散的温度补偿。采用前馈-串级控制策略实现微加热器阵列与换热器最佳配合,共同完成各芯片温度的快速、精确控制。

微合金化对原位复合材料组织与性能的影响

利用熔体原位反应法制备了（Al2O3＋Al3Zr）p／A356复合材料．研究了添加质量分数均为0．2％的Mn和Cr微合金元素对所制备的复合材料微观组织和室温力学性能的影响．SEM分析结果表明：添加微合金元素改善了（Al2O3＋Al3Zr）p／A356复合材料的微观组织，原位Al3Zr颗粒和初生α相得到了有效细化，尺寸大部分为2-3αm，增强颗粒均匀分布在A356基体中，颗粒呈球形或椭球形．室温拉伸试验结果表明，添加微合金元素对复合材料的力学性能有一定程度的改善，其抗拉强度σ，屈服强度σs。和延伸率δ较添加前分别提高了13．9％，16．9％和10．6％，达到326．1MPa，252．2MPa和5．2％．SEM拉伸断口形貌分析表明，其断裂属于塑性断裂．

微氢探测系统的数学模型及分析

本文根据用于快堆电站蒸汽发生器泄漏诊断的微氢探测系统的物理过程,建立了包括镍管传感器、真空泵及其间的连接管路在内的完整数学模型,并依据此模型,对探测系统的性能指标进行了全面分析,提出了系统的设计准则。

FY-4卫星微振动抑制技术研究

根据装载干涉式大气垂直探测仪对微振动抑制的要求,对风云四号(FY-4)卫星的微振动抑制技术进行了研究。通过统计星上振源,规划整星级频谱,研究微振动传播机理,设计了振源隔离和载荷隔振的双级隔振系统。给出了动量轮的隔振设计,将动量轮的安装支架由刚性变为基于六角架(Hexapod)构型的非线性变刚度柔性支架,隔离动量轮传递至卫星平台的振动干扰,从源头控制振动。分析了发射段幅频特性和在轨段隔振性能,结果表明试验结果与理论分析一致。在此基础上,采用隔振组件和解锁组件并联使用方式,实现干涉式大气垂直探测仪的二次隔振设计,以进一步抑制卫星平台传递至探测仪的微振动干扰。地面微振动试验和在轨微振动实测结果表明:隔振系统能使卫星平台传递至载荷安装面的微振动量级控制在0.1×10-3g以下,满足指标要求。FY-4卫星微振动抑制技术可为其他卫星的微振动抑制提供参考。

测定牡蛎糖原含量的微量反应体系的建立与优化

该研究以新鲜近江牡蛎(Crassostrea ariakensis)软体组织为实验材料,通过比较分析不同蒽酮硫酸比例、不同反应时间的吸光值确定最优反应条件,并对方法的最低检出限、重复性、稳定性和精确性进行评价,最终建立了牡蛎糖原含量的微量检测体系。建立的微量反应体系体积为300μL,主要包括0.2%蒽酮硫酸溶液200μL,样品待测液100μL;沸水浴反应时间为10 min。该方法的葡萄糖最低检出限为0.001 5 mg·mL^(-1),标准曲线变异系数小于4%,证实该方法具有较高的检测灵敏度;显色反应完成后,室温条件下120 min内其吸光值基本不变,稳定性较高;测定牡蛎外套膜、鳃、唇瓣、性腺、肝胰腺、闭壳肌的加标回收率介于95.3%-105.8%,说明该法具有较高的准确性。因此,该研究建立的微量反应体系测定牡蛎糖原的方法具有试剂用量小、操作简单、单样品成本低等优势,同时重复性、稳定性、精确性均较高,适用于大批样品批量测定。该研究为快速、高效完成牡蛎样品糖原的检测提供了有效的技术方法。

毛细管液滴中的乙型肝炎病毒DNA提取与扩增

目的利用毛细管液滴技术,发展一种集成DNA提取与扩增的乙型肝炎病毒分析方法。方法利用聚四氟乙烯毛细管的疏水特性,向毛细管中先后引入油相和水相溶液,在表面张力作用下形成油包水液滴。顺序向毛细管中引入含有不同试样的液滴,完成进样、DNA结合、洗涤、洗脱,扩增等过程。微液滴不仅有效解决了样品蒸发和扩散问题,同时在操作中起到微阀和微混合器微功能。结果利用上述毛细管液滴方法分析了乙型肝炎病毒的血清样品,通过优化DNA提取和扩增条件,毛细管液滴方法能在较短时间内高效纯化并扩增DNA。结论上述方法具有简便快速和低成本的优势,有望发展成一种有潜力的微全核酸分析系统。

微机电系统内温度传感器的负荷效应及其补偿

传感器对被测对象的负荷效应是微机电系统中不可忽视的一个问题.阐述了负荷效应的基本概念,提出了一种通过实验获取传感器负荷效应的方法,称之为"二减一法",并以聚合酶链式反应芯片内的温度传感器为例详细论述了该方法的具体应用.

原子力显微镜在纳米摩擦学中应用的进展

近年来，原子力显微镜在纳米摩擦学研究中获得了越来越广泛的应用，已经成为进行纳米摩擦学研究的重要工具之一，有力地促进了纳米摩擦学的发展．因此，对应用原子力显微镜研究纳米摩擦、纳米磨损、纳米润滑、纳米摩擦化学反应和微型机电系统的纳米表面工程等方面所取得的主要进展作了系统的综合归纳与阐述，并且提出了原子力显微镜在纳米摩擦学应用中亟待解决的几个主要问题．

一种微型Pt温度传感器及其读出电路的研究

基于电阻温度系数(TCR)原理及微机电系统技术,设计并制作了一种用于微型聚合酶链式反应(PCR)芯片的Pt温度传感器及其读出电路。利用溅射和剥离技术将厚度为100 nm的弯曲条形Pt传感器制作在硅衬底上。其长度和宽度分别为2 030μm和10μm。设计了基于四线法温度测量的读出电路,该电路主要包括一个恒流源电路和一个电压放大电路。测试结果表明,该传感器的电阻温度系数为1.48×10-3℃-1,其电阻变化随着温度的变化具有良好的线性度,当温度在27～100℃变化时,电阻范围在653.5～716.5Ω变化。在接出一个8位的模数转换器以后,整个传感器和读出电路能确保一个精度为0.2℃的温度控制,满足一般PCR测量需要。