[發明專利]一種基于負磁泳的密度測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202010047620.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111337382B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 曹全梁;丁安梓;韓小濤;李亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N9/00
• 分類號: G01N9/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種基于負磁泳的密度測量方法及裝置，屬于非標記磁操控領域，其中，密度測量方法為待測樣品在順磁性溶液和輻射狀磁場的作用下，受到負磁泳力；待測樣品在負磁泳力、重力及浮力的作用下穩定懸浮后，根據受力方程計算待測樣品的密度；裝置包括非導磁支架、磁體組件、非導磁且透明的容器和順磁性溶液；磁體組件用于形成輻射狀磁場分布；在輻射狀磁場的作用下，待測樣品在順磁性溶液中受到負磁泳力，并在重力、浮力的共同作用下處于平衡狀態：磁體組件由徑向充磁且磁化方向相同的磁瓦構成，并由非導磁外殼進行封裝保護以及克服磁瓦間的斥力；本發明顯著提升了負磁泳系統的測量范圍和測量靈敏度。

技術領域

本發明屬于非標記磁操控領域，更具體地，涉及一種基于負磁泳的密度測量方法及裝置。

背景技術

當非磁性或者抗磁性物質在磁性溶液中受到外加梯度磁場作用時，因物質本身與磁流體之間的磁化差異性，使得非磁性或者抗磁性物質也會產生梯度磁場力作用，朝著遠離磁場源的方向運動，這一現象通常被稱為負磁泳。

負磁泳技術解除了傳統正磁泳操控模式要求被操控物質需具有磁性的限制，因其經濟性、無標記且操控靈活等優勢稱為重要的物質操控方法之一。通常利用這一技術對粒子進行懸浮操作，可以將其應用于物質(微?；蛏?的分離和密度測量等。

如何開發高效、便捷的磁場產生方法及裝置對于提升負磁泳式懸浮效率和拓展其應用范圍具有重要作用。永磁體因具有結構簡單，不發熱和易產生高磁場梯度等優點在負磁泳系統中應用最為廣泛，其可根據實際需要可組合形成圓柱形、圓錐形和陣列式等形狀。目前涉及到的磁場發生裝置主要包括對極式雙方形磁體、軸向充磁的單環磁體以及軸向充磁的對極式雙環磁體等。

相比于標準磁懸浮所選用的對極式方形磁體，現有的軸向充磁型單/雙環形磁體結構，在添加、移除順磁性介質以及觀察樣品方面更加方便。但是隨著軸向充磁型單/雙環形磁體的內徑減小，單環磁體的工作區間急劇減小，使得該類裝置所能提供的磁場強度和梯度有限(磁場參數與磁體孔徑直接關聯)。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于負磁泳的密度測量方法及裝置，其中，磁體組件由徑向充磁且磁化方向相同的磁瓦構成，形成整體輻射狀磁化特性，用于測量待測對象的密度，旨在解決現有的軸向充磁型單/雙環形磁體結構提供的磁場強度和梯度有限的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于負磁泳的密度測量方法，包括：

將待測樣品放置在與其密度相匹配的順磁性溶液中，且將順磁性溶液置于輻射狀磁場中；

調整盛放順磁性溶液容器的中心線與輻射狀磁場中心線重合，使待測樣品在順磁性溶液和輻射狀磁場的作用下，受到負磁泳力；

待測樣品在負磁泳力、重力及浮力的作用下穩定懸浮后，根據受力方程計算待測樣品的密度。優選地，待測樣品的密度為：

其中，ρ_s為待測樣品的密度；ρ_m為順磁性溶液的密度；μ₀為真空磁導率；χ_m為順磁性溶液的磁化率；χ_s為待測樣品的磁化率；為重力加速度；為磁感應強度。

基于上述方法，一方面，本發明提供了一種基于負磁泳的密度測量裝置，包括非導磁支架、磁體組件、非導磁且透明的容器和順磁性溶液；

非導磁支架為中空結構，其底部用于放置容器，頂部用于支撐磁體組件；容器貫穿磁體組件，用于盛放順磁性溶液和待測樣品；磁體組件用于形成輻射狀磁場分布；在順磁性溶液和輻射狀磁場的作用下，待測樣品受到負磁泳力；；其中，容器豎直方向的中心線與輻射狀磁場的中心線重合。

優選地，磁體組件由徑向充磁且磁化方向相同的磁瓦構成；磁瓦數目為8～16個。

優選地，磁體組件為輻射磁化的單個永磁體。