磁場(chǎng)對(duì)去離子水和溶液凍結(jié)過程影響的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，以求長(zhǎng)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(jié)冰和解凍過程中受到溶液中冰晶的破壞，嚴(yán)重影響了被保存生物組織的完整性和實(shí)效性。有一些研究者將超聲波、微波和電場(chǎng)等一些物理場(chǎng)作用于一些溶液的凍結(jié)過程，這些物理場(chǎng)對(duì)溶液凍結(jié)過程中的過冷度、過冷態(tài)時(shí)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(chǎng)

2、作用于冷凍過程的研究較少，本文的重點(diǎn)就是研究磁場(chǎng)影響溶液凍結(jié)過程的機(jī)理。
　　為了發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)溶液凍結(jié)過程的作用機(jī)理，本文主要研究磁場(chǎng)對(duì)溶液過冷過程的影響以及磁場(chǎng)對(duì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)ω1=2％，ω2=5％，ω3=8％，ω4=10％）以及氯化鈉溶液（包含4種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω1=2％，ω2=5％，ω3=8％，ω4=10％）作為研究樣本，采用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在樣本凍結(jié)過程中施加不同強(qiáng)

3、度的直流磁場(chǎng)，并采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像。
　　對(duì)直流弱磁場(chǎng)作用下的去離子水、蔗糖溶液和氯化鈉溶液過冷過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)涉及十個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度，分別為0、3、6、9、12、15、20、25、30和35G。結(jié)果表明:對(duì)于去離子水而言，在磁場(chǎng)作用下，過冷度和過冷態(tài)時(shí)間有所增大。在15G的磁場(chǎng)強(qiáng)度下過冷度達(dá)到最大值，與無(wú)磁場(chǎng)作用下的去離子水相比，過冷度增大了2.55℃，增大幅度高達(dá)46％;去離子水的過冷態(tài)時(shí)間也在15G的磁場(chǎng)強(qiáng)度下達(dá)到最大值，

4、與無(wú)磁場(chǎng)作用下的去離子水相比，過冷態(tài)時(shí)間延長(zhǎng)幅度高達(dá)186％。對(duì)于蔗糖溶液以及氯化鈉溶液來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)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(shí)間與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間存在窗口效應(yīng)。在磁場(chǎng)作用下過冷度和過冷態(tài)時(shí)間在磁場(chǎng)的影響下均呈現(xiàn)多極值現(xiàn)象。
　　研究了磁場(chǎng)對(duì)溶液凍結(jié)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(shí)驗(yàn)樣本，在其凍結(jié)過程中施加不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)，并用體式顯微

5、鏡（顯微鏡放大倍數(shù)調(diào)節(jié)至180倍）觀察去離子水的冷凍結(jié)晶過程，通過CCD數(shù)碼攝像頭拍攝記錄冰晶形態(tài)。通過對(duì)比不同磁場(chǎng)下去離子水、蔗糖溶液和氯化鈉溶液冷凍過程中的結(jié)晶形態(tài)，得到以下結(jié)論:對(duì)于去離子水、蔗糖溶液以及氯化鈉溶液而言，直流磁場(chǎng)對(duì)去離子水、蔗糖溶液和氯化鈉溶液中冰晶生長(zhǎng)有一定的抑制作用，在磁場(chǎng)作用下，冰晶的形態(tài)發(fā)生了變化，由無(wú)磁場(chǎng)下的棒狀晶體變?yōu)轭愃茍A形的晶體，且隨磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)影響去離子水和溶液凍結(jié)過程的作用機(jī)理。去離子水中的水合離子會(huì)在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生洛侖茲力，導(dǎo)致去離子水中水合離子之間的氫鍵發(fā)生斷裂，氫鍵結(jié)合和斷裂的動(dòng)態(tài)平衡就會(huì)被破壞，從而導(dǎo)致了去離子水的物理性質(zhì)性質(zhì)的改變;溶液中的離子會(huì)在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生洛侖茲力，導(dǎo)致溶液中水分子內(nèi)能、徑向分布函數(shù)和氫鍵結(jié)構(gòu)等的變化，因此會(huì)改變成核位能，進(jìn)而影響了溶液的凍結(jié)過程。
　　本文通過分析大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了磁場(chǎng)影響去離子水和溶液凍結(jié)過程的一般規(guī)律