[发明专利]基于交变磁场脉冲红外的磁性水凝胶磁性粒子浓度检测方法

摘要

基于交变磁场脉冲红外的磁性水凝胶磁性粒子浓度检测方法，首先对含不同浓度磁性粒子的磁性水凝胶进行交变磁场激励，并利用红外相机记录磁性水凝胶表面温度变化时间历程，得到磁性水凝胶表面温升速率‑磁性粒子浓度标定曲线；然后根据磁性水凝胶表面温升速率‑磁性粒子浓度标定曲线确定磁性粒子浓度‑磁性水凝胶表面温升速率模型；最后将待测磁性水凝胶表面温升速率代入磁性粒子浓度‑磁性水凝胶表面温升速率模型即可确定待测磁性水凝胶的磁性粒子浓度；本发明能够为磁性水凝胶中的磁性粒子浓度的定量检测提供可靠的方法，具有无损、高效、非接触、检测范围大、检测精度高等优点，可广泛应用于磁性水凝胶磁性粒子的浓度检测中。

主权项

1.基于交变磁场脉冲红外的磁性水凝胶磁性粒子浓度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：测定磁性水凝胶表面温升速率‑磁性粒子浓度标定曲线，具体步骤如下：1)利用原位沉淀法制备含不同浓度磁性粒子的磁性水凝胶：首先将磁性水凝胶放置在不同浓度铁离子溶液中进行溶胀，然后将溶胀后的磁性水凝胶放入NaOH溶液中生成磁性粒子，得到含不同浓度磁性粒子的磁性水凝胶；2)对含不同浓度磁性粒子的磁性水凝胶进行交变磁场激励，并利用红外相机记录磁性水凝胶表面温度变化时间历程：首先选择与待测磁性水凝胶尺寸适配的激励线圈，将磁性水凝胶置于激励线圈下方；其次设置脉冲激励电流相关参数，包括电流幅值、激励频率和激励时间，设置红外相机采集相关参数，包括采样频率和总采样时间；然后给加热装置和红外相机同步触发信号，同时冷却装置与加热装置相连对激励线圈进行冷却，加热装置接收到触发信号后对激励线圈施加脉冲激励电流，在磁性水凝胶周围空间形成交变磁场；最后红外相机接收到触发信号后开始记录磁性水凝胶表面温度变化时间历程，得到含不同浓度磁性粒子的磁性水凝胶表面温度变化时间历程曲线；3)根据含不同浓度磁性粒子的磁性水凝胶表面温度变化时间历程曲线的温升阶段计算含不同浓度磁性粒子的磁性水凝胶表面温升速率，绘制磁性水凝胶表面温升速率‑磁性粒子浓度标定曲线；步骤2：建立磁性粒子浓度‑磁性水凝胶表面温升速率模型，具体步骤如下：1)磁性水凝胶中的磁性粒子为超细磁性纳米粒子，在交变磁场中会发生弛豫耗散现象；超细磁性纳米粒子在交变磁场下的驰豫耗散来源于尼尔驰豫Neel Relaxation，单个磁性粒子由于尼尔驰豫耗散产生的热量为式中：m表示磁性粒子的磁矩；H表示磁场强度；ω表示激励信号的角频率；k表示玻尔兹曼常数；T表示环境温度；ρ表示磁性粒子的密度；V表示磁性粒子的体积；τ表示尼尔弛豫时间；式(1)中的尼尔驰豫时间τ表示为式中：τ0表示时间常数，取10‑9s；K表示各向异性常数；V表示磁性粒子的体积；k表示玻尔兹曼常数；T表示环境温度；磁性水凝胶中的磁性粒子在交变磁场的作用下由于弛豫耗散现象产生的热量通过热传导使磁性水凝胶温度升高；交变磁场作用下磁性水凝胶中产生的热量与磁性水凝胶中含磁性粒子的浓度直接相关；磁性粒子的浓度越高，在交流磁场作用下磁性粒子弛豫耗散产生的热量越多，磁性水凝胶表面温升速率越高；因此建立磁性粒子浓度‑磁性水凝胶表面温升速率模型为Cparticle＝f(Vtemp)    (3)式中：Cparticle表示磁性水凝胶中磁性粒子的浓度，Vtemp表示交变磁场作用下磁性水凝胶表面温升速率；2)根据磁性水凝胶表面温升速率‑磁性粒子浓度标定曲线确定磁性粒子浓度‑磁性水凝胶表面温升速率模型；步骤3：测定待测磁性水凝胶表面温升速率，代入磁性粒子浓度‑磁性水凝胶表面温升速率模型，确定待测磁性水凝胶中磁性粒子的浓度，具体步骤如下：1)按照步骤1中的步骤2)所述方法对待测磁性水凝胶进行交变磁场激励，并用红外相机记录待测磁性水凝胶表面温度变化时间历程；2)根据磁性水凝胶表面温度变化时间历程曲线的温升阶段计算磁性水凝胶表面温升速率，代入步骤2所述磁性粒子浓度‑磁性水凝胶表面温升速率模型，即能够确定待测磁性水凝胶中磁性粒子的浓度。