研究目的
开发一种基于纳米级激光诱导荧光的近壁pH测量技术，用于评估玻璃-溶液界面附近pH的时空分布，并研究界面电位和外加电场对质子浓度的影响。
研究成果
所开发的测量技术证明了评估距离固液界面10-100纳米空间内质子时空浓度的可行性。该技术有助于对正在发展的纳米级电化学传输技术和设备中的静电相互作用及离子传输进行定量研究。
研究不足
该技术受限于光学系统的空间分辨率以及荧光染料对pH变化的敏感性。测量不确定度在95%置信水平下估计为0.16个pH单位。必须仔细考虑样品与参比溶液之间离子强度差异的影响。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用基于倏逝波照明的纳米级激光诱导荧光（nano-LIF）成像技术实现表面选择性激发。使用对pH敏感的荧光素钠盐作为近壁面pH测量示踪剂。通过以高pH溶液（pH?10）为参比建立比率校准程序，以补偿非均匀激发光场的影响。
2：样本选择与数据来源：
制备了不同pH值和离子强度的多种缓冲溶液，通过调节溶液特性控制德拜长度（即双电层厚度）。
3：实验设备与材料清单：
测量系统包含配有滤光块组的倒置显微镜、连续波半导体激光器、汞灯及制冷型3CCD相机。采用双棱镜照明系统在玻璃-溶液界面产生倏逝波。
4：实验流程与操作规范：
分别在压力驱动流和电渗流条件下进行近壁面pH测量，通过记录并处理荧光强度数据获取近壁面pH分布。
5：数据分析方法：
计算荧光强度比以消除非均匀激发光场的影响，基于体相pH测量获得的校准曲线确定近壁面pH值。
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continuous-wave semiconductor laser
Sapphire
Coherent Inc.
Used as a light source for generating evanescent waves.
-
cooled 3CCD camera
C7780-20
Hamamatsu Photonics KK
Used for capturing fluorescence images.
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pH meter
D-51
HORIBA, Ltd.
Used for measuring the bulk pH value of the solutions.
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inverted microscope
TE2000U
Nikon Corp.
Used for fluorescence imaging with evanescent wave illumination.
-
dry objective lens
20×
Nikon Corp.
Used for collecting fluorescence emitted from the excited molecules.
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