磁場對去離子水和溶液凍結過程影響的實驗研究.pdf

1、生物體新陳代謝的速率是隨著溫度的下降而降低的，因此人們很早以前就利用這一特點，以求長期維持生物樣本的活性。雖然生物組織能在低溫環(huán)境下有效的保存，但卻容易在結冰和解凍過程中受到溶液中冰晶的破壞，嚴重影響了被保存生物組織的完整性和實效性。有一些研究者將超聲波、微波和電場等一些物理場作用于一些溶液的凍結過程，這些物理場對溶液凍結過程中的過冷度、過冷態(tài)時間以及冰晶形態(tài)等都有一定的影響，但是其效果不是很顯著，未能有效解決控制冷凍過程的問題。而磁場

2、作用于冷凍過程的研究較少，本文的重點就是研究磁場影響溶液凍結過程的機理。
　　為了發(fā)現(xiàn)磁場對溶液凍結過程的作用機理，本文主要研究磁場對溶液過冷過程的影響以及磁場對溶液冰晶形態(tài)的影響。本文將去離子水、蔗糖溶液（包含4種不同質量分數(shù)ω1=2％，ω2=5％，ω3=8％，ω4=10％）以及氯化鈉溶液（包含4種不同質量分數(shù)ω1=2％，ω2=5％，ω3=8％，ω4=10％）作為研究樣本，采用亥姆霍茲線圈產生勻強磁場，在樣本凍結過程中施加不同強

3、度的直流磁場，并采集實驗數(shù)據(jù)和圖像。
　　對直流弱磁場作用下的去離子水、蔗糖溶液和氯化鈉溶液過冷過程進行了實驗研究，實驗涉及十個磁場強度，分別為0、3、6、9、12、15、20、25、30和35G。結果表明:對于去離子水而言，在磁場作用下，過冷度和過冷態(tài)時間有所增大。在15G的磁場強度下過冷度達到最大值，與無磁場作用下的去離子水相比，過冷度增大了2.55℃，增大幅度高達46％;去離子水的過冷態(tài)時間也在15G的磁場強度下達到最大值，

4、與無磁場作用下的去離子水相比，過冷態(tài)時間延長幅度高達186％。對于蔗糖溶液以及氯化鈉溶液來說，磁場強度對不同濃度的蔗糖溶液和氯化鈉溶液過冷過程的影響程度不同，蔗糖溶液和氯化鈉溶液的過冷度和過冷態(tài)時間與磁場強度之間存在窗口效應。在磁場作用下過冷度和過冷態(tài)時間在磁場的影響下均呈現(xiàn)多極值現(xiàn)象。
　　研究了磁場對溶液凍結過程中生成的冰晶形態(tài)的影響。以去離子水、蔗糖溶液以及氯化鈉溶液為實驗樣本，在其凍結過程中施加不同強度的磁場，并用體式顯微

5、鏡（顯微鏡放大倍數(shù)調節(jié)至180倍）觀察去離子水的冷凍結晶過程，通過CCD數(shù)碼攝像頭拍攝記錄冰晶形態(tài)。通過對比不同磁場下去離子水、蔗糖溶液和氯化鈉溶液冷凍過程中的結晶形態(tài)，得到以下結論:對于去離子水、蔗糖溶液以及氯化鈉溶液而言，直流磁場對去離子水、蔗糖溶液和氯化鈉溶液中冰晶生長有一定的抑制作用，在磁場作用下，冰晶的形態(tài)發(fā)生了變化，由無磁場下的棒狀晶體變?yōu)轭愃茍A形的晶體，且隨磁場強度不同，冰晶尺寸變大或變小。
　　本文從微觀角度解釋了

6、直流磁場影響去離子水和溶液凍結過程的作用機理。去離子水中的水合離子會在磁場的作用下產生洛侖茲力，導致去離子水中水合離子之間的氫鍵發(fā)生斷裂，氫鍵結合和斷裂的動態(tài)平衡就會被破壞，從而導致了去離子水的物理性質性質的改變;溶液中的離子會在磁場的作用下產生洛侖茲力，導致溶液中水分子內能、徑向分布函數(shù)和氫鍵結構等的變化，因此會改變成核位能，進而影響了溶液的凍結過程。
　　本文通過分析大量實驗數(shù)據(jù)，得出了磁場影響去離子水和溶液凍結過程的一般規(guī)律