一种基于负磁泳的密度测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于负磁泳的密度测量方法及装置，属于非标记磁操控领域，其中，密度测量方法为待测样品在顺磁性溶液和辐射状磁场的作用下，受到负磁泳力；待测样品在负磁泳力、重力及浮力的作用下稳定悬浮后，根据受力方程计算待测样品的密度；装置包括非导磁支架、磁体组件、非导磁且透明的容器和顺磁性溶液；磁体组件用于形成辐射状磁场分布；在辐射状磁场的作用下，待测样品在顺磁性溶液中受到负磁泳力，并在重力、浮力的共同作用下处于平衡状态：磁体组件由径向充磁且磁化方向相同的磁瓦构成，并由非导磁外壳进行封装保护以及克服磁瓦间的斥力；本发明专利技术显著提升了负磁泳系统的测量范围和测量灵敏度。

A density measurement method and device based on negative magnetic swimming

【技术实现步骤摘要】
一种基于负磁泳的密度测量方法及装置
本专利技术属于非标记磁操控领域，更具体地，涉及一种基于负磁泳的密度测量方法及装置。
技术介绍
当非磁性或者抗磁性物质在磁性溶液中受到外加梯度磁场作用时，因物质本身与磁流体之间的磁化差异性，使得非磁性或者抗磁性物质也会产生梯度磁场力作用，朝着远离磁场源的方向运动，这一现象通常被称为负磁泳。负磁泳技术解除了传统正磁泳操控模式要求被操控物质需具有磁性的限制，因其经济性、无标记且操控灵活等优势称为重要的物质操控方法之一。通常利用这一技术对粒子进行悬浮操作，可以将其应用于物质(微粒或生物)的分离和密度测量等。如何开发高效、便捷的磁场产生方法及装置对于提升负磁泳式悬浮效率和拓展其应用范围具有重要作用。永磁体因具有结构简单，不发热和易产生高磁场梯度等优点在负磁泳系统中应用最为广泛，其可根据实际需要可组合形成圆柱形、圆锥形和阵列式等形状。目前涉及到的磁场发生装置主要包括对极式双方形磁体、轴向充磁的单环磁体以及轴向充磁的对极式双环磁体等。相比于标准磁悬浮所选用的对极式方形磁体，现有的轴向充磁型单/双环形磁体结构，在添加、移除顺磁性介质以及观察样品方面更加方便。但是随着轴向充磁型单/双环形磁体的内径减小，单环磁体的工作区间急剧减小，使得该类装置所能提供的磁场强度和梯度有限(磁场参数与磁体孔径直接关联)。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于负磁泳的密度测量方法及装置，其中，磁体组件由径向充磁且磁化方向相同的磁瓦构成，形成整体辐射状磁化特性，用于测量待测对象的密度，旨在解决现有的轴向充磁型单/双环形磁体结构提供的磁场强度和梯度有限的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于负磁泳的密度测量方法，包括：将待测样品放置在与其密度相匹配的顺磁性溶液中，且将顺磁性溶液置于辐射状磁场中；调整盛放顺磁性溶液容器的中心线与辐射状磁场中心线重合，使待测样品在顺磁性溶液和辐射状磁场的作用下，受到负磁泳力；待测样品在负磁泳力、重力及浮力的作用下稳定悬浮后，根据受力方程计算待测样品的密度。优选地，待测样品的密度为：其中，ρs为待测样品的密度；ρm为顺磁性溶液的密度；μ0为真空磁导率；χm为顺磁性溶液的磁化率；χs为待测样品的磁化率；为重力加速度；为磁感应强度。基于上述方法，一方面，本专利技术提供了一种基于负磁泳的密度测量装置，包括非导磁支架、磁体组件、非导磁且透明的容器和顺磁性溶液；非导磁支架为中空结构，其底部用于放置容器，顶部用于支撑磁体组件；容器贯穿磁体组件，用于盛放顺磁性溶液和待测样品；磁体组件用于形成辐射状磁场分布；在顺磁性溶液和辐射状磁场的作用下，待测样品受到负磁泳力；；其中，容器竖直方向的中心线与辐射状磁场的中心线重合。优选地，磁体组件由径向充磁且磁化方向相同的磁瓦构成；磁瓦数目为8～16个。优选地，磁体组件为辐射磁化的单个永磁体。优选地，非导磁支架用于竖直方向上调节其底部与磁体组件间的距离。另一方面，本专利技术提供了一种基于负磁泳的密度测量方法，包括非导磁支架、第一磁体组件、第二磁体组件、非导磁且透明的容器和顺磁性溶液；非导磁支架为中空结构，其底部放置第一磁体组件并支撑容器底部，其顶部用于固定第二磁体组件和容器顶部，容器贯穿第一磁体组件和第二磁体组件，用于盛放顺磁性溶液和待测样品；第一磁体组件和第二磁体组件用于形成磁化方向相同的辐射磁化分布；顺磁性溶液在辐射状磁场的作用下，产生作用于待测样品的负磁泳力；其中，容器竖直方向的中心线与辐射状磁场的中心线重合。优选地，第一磁体组件和第二磁体组件由径向充磁且磁化方向相同的磁瓦构成。优选地，非导磁支架用于调节第一磁体组件和第二磁体组件竖直方向上的距离。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术具备了现有轴向充磁型磁环结构简单、操作方便的优点，同时，通过整体呈现出的辐射状磁化特征，在用于非磁性或弱磁性材料密度测量时，与轴向充磁型环形磁体相比，磁场梯度可以达到更高、工作区间更大，进而显著提升了负磁泳系统的测量范围和测量灵敏度。(2)本专利技术选取的非导磁支架可以调节被测样品与磁体组件之间的距离，可以提供更广的磁场强度和梯度的变化范围。(3)当本专利技术提供的磁体组件为径向充磁且磁化方向相同的磁瓦构成，且磁瓦数目为8～16个时，可以确保辐射均匀性的同时降低组装难度。附图说明图1(a)是实施例1提供的单磁环式负磁泳密度测量装置示意图；图1(b)是实施例2提供的双磁环式负磁泳密度测量装置示意图；图2(a)是实施例2提供的辐射状磁体磁化方向的简化二维轴对称示意图；图2(b)是实施例2提供的轴向磁体磁化方向的简化二维轴对称示意图；图3(a)是实施例2提供的装载拼接磁瓦的非导磁外盖示意图；图3(b)是实施例2提供的装载拼接磁瓦的外壳示意图；图4是实施例3提供的待测样品密度与悬浮高度H的关系曲线图；图5(a)是实施例3提供的为单环结构下，辐射磁体与轴向磁体的仿真结果对比图；图5(b)是实施例3提供的双环结构下，辐射磁体与轴向磁体密度测量的仿真结果对比图；标记说明：1-容器；2-待测样品；3-磁体组件；4-非导磁支架；5-螺丝旋钮；6-底座；7-外壳；8-M4沉头螺孔；9-非导磁外盖；10-螺丝螺纹孔；11-径向充磁的磁瓦。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种基于负磁泳的密度测量方法，包括：将待测样品2放置在与其密度相匹配的顺磁性溶液中，且将顺磁性溶液置于辐射状磁场中；调整盛放顺磁性溶液容器1的中心线与辐射状磁场中心线重合，使待测样品在顺磁性溶液和辐射状磁场的作用下，受到负磁泳力；待测样品2在负磁泳力、重力及浮力的作用下稳定悬浮后，根据受力方程计算待测样品的密度。优选地，待测样品的密度为：其中，ρs为待测样品的密度；ρm为顺磁性溶液的密度；μ0为真空磁导率；χm为顺磁性溶液的磁化率；χs为待测样品的磁化率；为重力加速度；为磁感应强度。基于上述方法，一方面，本专利技术提供了一种基于负磁泳的密度测量装置，包括非导磁支架4、磁体组件3、非导磁且透明的容器1和顺磁性溶液；非导磁支架4为中空结构，其底部用于放置容器1，顶部用于支撑磁体组件3；容器1贯穿磁体组件3，用于盛放顺磁性溶液和待测样品2；磁体组件3用于形成辐射状磁场分布；顺磁性溶液在辐射状磁场的作用下，产生作用于待测样品2的负磁泳力；其中，容器竖直方向的中心线与辐射状磁场的中心线重合。优选地，磁体组件3由径向充磁且磁化方向相同的磁瓦构成；磁瓦数目为8～16个。优选地，磁体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于负磁泳的密度测量方法，其特征在于，包括：/n将待测样品(2)放置在与其密度相匹配的顺磁性溶液中，且将顺磁性溶液置于辐射状磁场中；/n调整盛放顺磁性溶液容器(1)的中心线与辐射状磁场中心线重合，使待测样品在顺磁性溶液和辐射状磁场的作用下，受到负磁泳力；/n待测样品(2)在负磁泳力、重力及浮力的作用下稳定悬浮后，根据受力方程计算待测样品的密度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于负磁泳的密度测量方法，其特征在于，包括：
将待测样品(2)放置在与其密度相匹配的顺磁性溶液中，且将顺磁性溶液置于辐射状磁场中；
调整盛放顺磁性溶液容器(1)的中心线与辐射状磁场中心线重合，使待测样品在顺磁性溶液和辐射状磁场的作用下，受到负磁泳力；
待测样品(2)在负磁泳力、重力及浮力的作用下稳定悬浮后，根据受力方程计算待测样品的密度。


2.根据权利要求1所述的密度测量方法，其特征在于，所述待测样品的密度为：



其中，ρs为待测样品的密度；ρm为顺磁性溶液的密度；μ0为真空磁导率；χm为顺磁性溶液的磁化率；χs为待测样品的磁化率；为重力加速度；为磁感应强度。


3.根据权利要求1所述的密度影测量方法的装置，其特征在于，包括：非导磁支架(4)、磁体组件(3)、非导磁且透明的容器(1)和顺磁性溶液；
所述非导磁支架(4)为中空结构，其底部用于放置容器(1)，顶部用于支撑磁体组件(3)；所述容器(1)贯穿磁体组件，用于盛放顺磁性溶液和待测样品(2)；所述磁体组件(3)用于形成辐射状磁场分布；待测样品(2)在所述顺磁性溶液和辐射状磁场的作用下，受到负磁泳力；其中，所述容器(1)竖直方向的中心线与辐射状磁场的中心线重合。


4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹全梁，丁安梓，韩小涛，李亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42