[发明专利]一种纳米气泡原位观测装置及方法

说明书

本发明属于微纳颗粒测量技术领域，公开了一种纳米气泡原位观测装置及方法。这种装置包含一个样品溶液制备系统、样品预处理系统、电镜观测系统。直观、准确的获取了微纳米气泡在液相溶液中的行为、动态变化，弥补了扫描电镜、原子力显微镜观测气泡的不足之处，提供了一种新的手段来研究微纳米气泡的动态行为。

技术领域

本发明属于微纳颗粒测量技术领域，涉及到一种纳米气泡原位观测装置及方法。

背景技术

微纳米气泡是一种直径在数百纳米至数十微米之间的气泡。这种气泡介于微米气泡和纳米气泡之间，具有常规气泡所不具备的物理化学特性。与常规气泡进行比较，微纳米气泡的比表面积大、上升速度慢、气体溶解率高且能产生大量自由基。微纳米气泡的这些特性被广泛应用在水产养殖、果蔬清洗、水环境治理等方面：利用微纳米气泡向水中加氧，可以长时间保持水中有充分的溶解氧，从而提高水产品的活性与产量；使用含臭氧纳米气泡水冲洗果蔬产品，可以使其在保持株型与原质下，实现无菌化；通过微纳米气泡在水中不断增大至破灭而产生的低音频率去除污垢、刺激产生脑内啡，从而在美容护肤的同时使人感受到镇静和愉悦。以上应用都是微纳米气泡在实际生活中的应用，近年来，微纳米气泡在微观尺度下的真实状态及稳定机理已经成为新的热点，比如纳米气泡在液相环境中的行为、纳米气泡的生存特性等。因此，一种直接观测纳米气泡在液相环境中的状态的方法是亟待研究的。

目前，微纳米气泡的行为主要是利用扫描电镜、原子力显微镜。前者因扫描电镜不能使用液体样品的限制，只能通过使用液氮快速冷冻含有纳米气泡的溶液样品，从而不能够原位观测纳米气泡在液体环境中的真实行为，并且会因为快速冷冻产生新的气泡对实验造成影响；后者是通过原子力显微镜的轻敲模式，通过计算机接收力反馈信号获取气泡的力学特性、间接刻画气泡的形貌，该方法会损坏气泡的真实形貌，并且对原子力显微镜装置的灵敏度具有较高的要求。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中存在的问题，开发一种纳米气泡原位观测装置及方法，用于原位直接观测微纳米气泡在液相环境中的真实行为。该方法利用一种新型的可盛放液体的样品池、透射电镜可放大上千甚至上万倍放大倍数的特点，测量微纳米气泡在液相环境中的真实粒径，直接观测液相环境中的纳米气泡，并且能够对微纳米气泡的真实行为进行实时拍摄。该方法能够有效的测出液相环境中微纳米气泡的真实粒径，直观的观察微纳米气泡的液相行为，弥补了扫描电镜、原子力显微镜不能直接观测微纳米气泡在液相环境中行为的不足，提供了一种更直观的观察真实液相环境中微纳米气泡行为。

本发明的技术方案是：

一种纳米气泡原位观测装置，包括样品溶液制备系统、注样系统、样品预处理系统、电镜观测系统；

所述样品溶液制备系统包括微纳米气泡发生装置、进气管路、进气控制阀门、进水管路、进水控制阀门、气源、取样管路、取样控制阀门、蓄水池、出水控制阀门、出水管路；进水管路、出水管路、取样管路分别与蓄水池连接；气源用于提供产生气泡的气体；微纳米气泡发生装置用于制备微纳米气泡；蓄水池用于盛放产生纳米气泡的液体环境；

所述注样系统包括注射器、进样控制阀门、进样管路、样品池罩、样品杆、样品池、出样管路、出样控制阀门，注射器从取样管路中吸取样品后，用于向管路、样品池中注样；样品杆用于盛放样品池，便于移动样品池；样品池罩用于将样品池与外界环境隔离，防止样品池被污染；样品池用于盛放样品溶液；进样管路用于将样品溶液注入样品池中；出样管路用于排出样品池内的多余样品，指示样品成功进入样品池内；

所述样品预处理系统包括样品溶液、抽气管路、抽气控制阀门、真空泵，真空泵用于将样品池抽至真空，防止气体释放影响电镜系统观测，对电镜造成损坏；

所述电镜观测系统包括电镜装置、数据传输线路、计算机，电镜系统用于直接获取样品的相关数据；计算机用于接收电镜传来的信号，转化为图像显示，监控电镜的各项参数是否处于正常工作状态。