利用纳米级激光诱导荧光成像技术精确测量压力驱动和电驱动流中的近壁面pH值

摘要： 本研究基于纳米级激光诱导荧光技术开发了一种近壁面pH测量技术，用于评估玻璃-溶液界面附近pH值的空间-时间分布。将pH敏感染料荧光素钠盐溶解于工作流体中，并通过激光束全内反射产生的倏逝波进行激发。采用高pH缓冲溶液（pH?10）作为参比，基于比率校准法测定近壁面pH分布。该技术应用于压力驱动流和电渗流，研究了界面电势与外电场对质子浓度的影响。压力驱动流中近壁面pH值较体相pH低约0.2，这是由于带负电的玻璃壁面吸引局部过量质子所致。该pH偏移在低离子强度溶液中尤为显著，表明近壁面pH与双电层厚度密切相关。电渗流中的pH偏移较压力驱动流小约0.02，并随电场强度增强而减小。此外，时间序列测量以5.2×5.2微米的空间分辨率清晰呈现了电渗流中非均匀pH分布的时变特征。测量不确定度在95%置信水平下评估为0.16个pH单位。这些结果证实了该技术评估固体-液体界面10-100纳米范围内空间-时间质子浓度的可行性。该技术将有助于定量研究静电相互作用与离子传输，推动生化分析与水净化等领域纳米级电化学传输技术与器件的发展。