微电泳仪使用说明书.doc

POWEREACH 先进务实的精密仪器生产商 高 新 技 术 企 业 通过ISO9001：2000质量管理体系认证JS94H型微电泳仪使用说明书_第 1 页 共 51 页目 录第一章 前 言2第二章 原理概述3第一节双 电 层32.1.1双电层的产生32.1.2双电层的发展历史52.1.3扩散双电层模型82.1.4双电层的stern 处理10第二节决定电位层和Zeta电位142.2.1 定位离子和决定电位层142.2.2电位和动电现象16第三章 仪器组成18第一节系统参数18第二节系统组成193.2.1硬件组成193.2.2 系统软件组成22第四章 系统安装23第一节 系统硬件安装234.1.1 图像采集卡（视频卡）安装234.1.2 连接电泳仪主机与计算机244.1.3硬件安装注意事项25第二节系统软件安装264.2.1图像卡驱动软件安装264.2.2仪器操作软件安装344.2.3显示器设定34第五章 系统模块组成355.1 采样操作模块355.2 计算分析模块35第六章 系统使用356.1 启动356.2 采样操作模块使用说明366.3 使用步骤375.3.1 沟通376.3.2 调焦与定位376.3.3 采样操作386.3.5 截图396.3.6 分析39附录1 应用举例41附录2 常见问题的处理41附录3 装箱单43附录4 保修条款44附录5 其它动电现象44第一章 前 言JS94H 型微电泳仪是华东师范大学与上海中晨数字技术设备有限公司合作在94年推出的新一代测试仪器的改进型，新产品由新型的光学系统、电泳池、数据采样和数据处理等部分组成，实现了由PC个人微机对采样模块的控制及后期数据处理的一体化设计，与其它同类产品相比，它具有更多的优异性能。该产品是陈邦林教授设计的第四代微电泳仪, 已获得国家专利。JS94H 型微电泳仪可用于测定分散体系颗粒物的固液界面电性（电位），也可用于测量乳状液液滴的界面电性，也可用于测定等电点、研究界面反应过程的机理。通过测定粉体的Zeta电位，从pHZeta电位关系图上求出等电点，是认识粉体表面电性的重要方法，在粉体表面处理中也是重要的手段。与国内外其它同类型仪器相比，它具有显著的优越性。可广泛应用于化妆品、选矿、造纸、医疗卫生、建筑材料、超细材料、环境保护、海洋化学等行业，也是化学、化工、医学、建材等专业的重要教学仪器之一。第二章 原理概述表面物理化学所涉及的内容非常宽广，固体在溶液中的荷电性质，实际上影响着固体表面性质和界面区的电荷转移反应及其进行的速度。由于多种极其重要的表面电化学效应的发现，表面电化学引起了许多种科学家的重视和研究。第一节 双 电 层2.1.1双电层的产生在自然界中，固体与液体接触时，固体表面的荷电现象实际上是普遍存在的。它导致了固液界面的液体一侧带着相反电荷，这种界面电荷影响界面周围介质中的离子分布，与界面电荷符号相反的介质中的离子被吸向界面（这种离子称为反离子Counterions），而相同符号的离子（称为同离子Coions）则被排离界面。与此同时，离子的热运动又促使它们均匀混合在一起。因此，在带电界面上形成一个扩散双电层（diffuse double layer）。所谓扩散，就是界面周围介质中的反离子的过量是以扩散形式分布的，而不是非常整齐地集中排列在带电界面的周围。例如，人体内与血液接触的动静脉壁和血液中胶粒等界面区都存在双电层结构，致使血液在血管中畅通无阻地流动以输送全身新陈代谢的营养而不产生血栓。双电层理论研究反离子的扩散分布和带电界面的性质。固体在溶液中荷电而构成双电层的原因，除了外加电场之外，大致上可归纳为以下几种情况： 电离作用固体表面在溶液中产生电离或溶液中的电离成分依靠某种结合力与固体表面结合而使其荷电。例如，玻璃与水接触时，玻璃中的硅酸盐可电离出钾离子、钠离子或氢离子等，于是使玻璃带负电性而溶液带正电性；蛋白质分子具有的羧基(COOH)和胺基(NH2)官能团，当pH值降低时（酸性），溶液中电离的H+与胺基以氢键结合，从而使蛋白质带正电，NH2+H2O-NH3+OH-，而溶液一侧带负电，即在羧酸介质中COOH的电离被高氢浓度离子所抑制：COOH+H2O-COO-+H3O+当pH值升高时（碱性），蛋白质的羧基电离而使其带负电。在某一pH值时，酸性基团和碱性基团的电离度相同，蛋白质分子上的静电荷为零，此时的pH值称为等电点（isoelectric point）。 离子交换作用当玻璃与CaCl2水溶液接触时，玻璃中的硅酸钠之钠离子等可被钙离子取代，即：因此，玻璃变为带正电，而溶液一侧界面区带了负电。这种离子交换作用所引起的双电层现象，经常在土壤中发生。又如粘土晶格表面的Si4+可被A13+取代而带负电，或者其中的Ca2+等被A13+取代而带正电等。 离子吸附在一股情况下，固体物质在溶液中能选择性地优先吸附某种离子(包括一些分子)，若静电引力越强，越易生成配位键等化学键，越能形成疏媒性物质，越与组成成分性质相似的离子往往越容易吸附。如果固体表面吸附的是正离子， 则该固体表面带正电，反之带负电。因为通常阳离子比阴离子更容易水化，所以分散相表面与水介质相接触后，表面带负电荷居多数。容易水化的阳离子留在介质中的倾向大，而不容易水化的阴离子则被表面吸附的倾向大。 碳氢化合物油滴，以及一些悬浮在水中和大多数电解质水溶液中的空气泡都带负电荷（在电场作用下，油滴和气泡向阳极迁移）。这种带负电荷的原因是离子的负吸附。加入电解质，例如NaCl，可以增加水的表面张力和油水界面张力。根据Gibbs吸附公式，表面过剩离子浓度是负的（负吸附）。氢离子和氢氧根离子的表面离子过剩浓度也都是负的。通常阳离子比阴离子更容易离开气泡水和油水界面，而使界面带负电荷。已经带上电荷的表面（例如，电离）一般倾向于吸附介质中的反离子，特别是高价的反离子，从而使表面电荷符号改变（由正的变为负的，或由负的变为正的）。水化的表面比憎水的表面吸附离子要弱一些。按照现代观念，固体金属中的电子云可以一定程度地伸展到与紧贴固体接界的溶剂分子层领域，从而引起溶剂分子或其它不带电荷的分子将偶极向着金属表面，即不同程度的定向，这时离子也能依靠静电和 van der waals力集聚在紧贴相间界面的分了层中与金属组成荷电体。 此外，对于那些非导电固体物质在高速流动的流体(包括非电离或不水解物质的溶液)中，由于两相接触摩擦而产生电荷，从一相转入另一相表面而使固体表面荷电，一股是介电常数较大的一相荷正电。例如，苯在玻管中流动会使玻管壁带上正电而引起放电燃烧。这类荷电现象在工业生产的流动体系中时常发生，必须注意防范。 固体表面在溶液中荷电后，由于静电引力会吸引该溶液中带相反电荷的离子，它向固体表面靠拢而集积在距二相界面一定距离的溶液一侧界面区内，以补偿其电荷平衡。若固体表面的电荷为Q(M)，液相界面区的电荷为Q（L），它们的普遍关系是：于是构成了所谓的双电层。固体表面带电的离子称为定位离子，它不仅决定表面热力学电位，而且会在垂直固体表面的x方向上产生一电场强度。在溶液中被静电吸引集聚的带相反电荷的离子称为反（号）离子。2.1.2双电层的发展历史双电层理论和电动电位研究是界面化学中的一个重要组成部分。它与液固界面的吸附和交换等许多重要性质有关。双电层理论的发展开始于19世纪，直到今天还在应用中不断地发展着，其发展过程大致如下：（1） Helmholtz理论（1853年）Helmholtz首先引入一个简单的双电层模型，把双电层看作一个平板式电容器。带电的分散相表面是电容器的一个极面，另一极面则是紧靠在表面被吸附离子或自身过剩离子，在介质中排列整齐的反离子，如图1所示，称之平板双电层模型。图1 相间的示意与平板双电层模型这个双电层模型完全是从静电学出发来考虑比二种相反符号的电荷靠静电引力而存在于电容器的二边，其间距离为d，约为一个分子的厚度，共电位差为。此双电层的电位差可用赫姆霍茨公式计算：（1）式中0、r分别为两双电层间的真空介电常数和介质的相对介电常数； 代表固体表面每m2表面所带的电量（称为表面电荷密度）；假如一固体表面吸附了一个单离子层，该离子为正一价，每个离子所占的表面积为，则此固体表面电荷密度应是：设r80，因0.1V，8.854 x 10-12法/米，则这个简单模型的不足之处在于未考虑介质中的反离子要受热运动的影响，而不停顿地做各方向自由运动，不可能这样整齐地排列着。此外，如果是以平板式电容器模型存在，则必具有很强的立场，这显然与事实不符。该理论不能解释两个主要问题：电位（也称电动电位）与电极电位（也称热力学电位）有何区别电解质对溶胶稳定性的影响（2） GoupChapman理论19101917年期间Goup和Chapman对Helmholtz的双电层模型提出修正意贝，他们认为介质中的反离子既要受静电引力的吸引，又要受热运动的扩散影响，因此是逐渐向介质中扩散分布的。在紧靠界面处具有较大的反离子密度，在离界面距离较大处反离子密度小，这样形成一个扩散双电层，其扩散厚度远远大于一个分子的大小。GoupChapman扩散双电层模型如图2所示。这个理论比Helmholtz模型有一定进步，但未考虑到反离子与界面的各种化学作用因素，仍然从静电学观点考虑问题。图2 GoupChapman扩散双电层模型（3） Stern理论1924年，Stern提出了一个双电层理论模型，他将Helmholtz模型和GoupChapman模型结合起来，提出双电层由内外两层组成，内层类似于Helmholtz的紧靠分散相表面，而外层是与Group扩散层相当的扩散层。内层的电位是直线式下降，外层的电位呈指数式下降。这个理论比前两个理论已大有进步，能说明一些电位与电极电位的区别，电解质对溶胶稳定性的影响等问题。图3表示Stern双电层模型。图3 Stern双电层模型（4） Grahame理论 1947年Grahame进一步发展了Stern的双电层概念，他将内层再分为两层，即内Helmholtz层和外Helmholtz层。他认为内Helmholtz层是由未溶剂化的离子组成的，并紧紧靠近界面，这一层也就相当于Stern模型中的内层；而外Helmholtz层是由一部分溶剂化的离子组成的，与界面吸附较紧，可以随分散相一起运动，这一层也就是Stern模型的外层(扩散层)中反离子密度较大的一部分。外层就是扩散层，由溶剂化的离子组成，不随分散相一起运动。分散相与分散介质作相对运动时滑动面（shear surface）上的电位称为电位(或电动电位)。Grahame双电层模型如图4所示。经分散相表面到分散介质中的电位分部，按Grahame的观点认为，由分散相表面到内Helmholtz层，电位是呈直线状迅速下降的，由内Helmholtz层到外Helmholtz层，以及向外延伸到扩散层，电位分布是按指数关系下降的。这个理论至今仍是双电层理论中比较完善的一个基础理论。它的适应性较强，应用得也较多。双电层理论还在不断发展和完善，许多理论问题至今仍在争论中。图4 SternGrahame双电层模型2.1.3扩散双电层模型从固体表面在电解质溶液中的电动现象实验发现，双电层的电位值一般总是小于固体表面电位，并随着加入任何电解质而发生很大的变化。平板双电层无法解决诸如此类的问题，所以提出了扩散双电层模型。该模型解释反离子虽受到固体表面电荷的静电引力，但它还有向溶液中均匀分布的扩散趋势。因此，反离子不可能象平板双电层那样均匀而整齐地排列，实际上是固体表面附近的反离子分布密度较大，离固体表面越远，反离子分布密度越稀，这种反离子分布的变化直至本体溶液内反离子分布密度不变为止，它形成了界面扩散区，如图5所示。图5 扩散双电层模型的溶液界面区正负离子分布情况假定固体表面是一个无限大的带有均匀正电荷密度的平面，它的表面电位为0，反离子可视为点电荷，在溶液中的分布服从波兹曼能量分布定律；溶剂对它们只是介电常数的影响，但溶液各处的介电常数不随反离子分布而不同，在一定温度下是常数。由于溶液一侧界面扩散区内正负离子的分布不均一，该溶液界面扩散区内与固体表面距离x处的某一点就有电位，它决定该处正离子受固体表面正电荷排斥而具有静电位能ze， 此处负离子受固体表面正电荷吸引而具有静电位能ze。这里的z是正负离子价的绝对值。因此，正负离子在扩散区的分布密度为： （2）式中n+、n-分别表示单位体积溶液内所含的正、负离子数；n表示距离固体表面适当远处溶液开始呈电中性（0）时，单位体积（m3）溶液中的正离子数或负离子数（即n+n-n0）；虽然表面附近溶液一侧的界面区负离子数量比正离子多，但该区的净电荷总数与固体表面所带电荷总数相等而符号相反。如果1m3溶液内负电荷超过正电荷的数值以表示，称体积电荷密度，则：（3a）它随界面区内不同位置的值而变化，若用双曲线正弦函数sinh（x）来表示，那么（3a）式即可写成：（3b）固体表面电荷密度值等于自表面（x0）到无限远（x）处的积分，但符号相反，即：（4）上式表示了两个双电层的关系，一个是具有单位面积电荷密度的固体表面，另一个是向溶液扩散分布的相反符号带电层，其体积电荷密度随距离x的增大而减小。双电层所引起溶液一侧界面区的电位与固体表面距离的关系是经典静电学问题，可用泊松（Poisson）方程进行数学处理，即：式中0、r分别为真空介电常数和相对介电常数；拉普拉斯运算符；代表溶液一侧界面区指定点上电位梯度的发散度（等于）与该点体积电荷密度的关系可写为：（5）设x为固体表面正交方向的距离，近似地将看作只与x有关的函数，因此可简化为，令，则（5）式可写为：（6）因为， 故可得：（7）式中 ，为具有距离的量纲，称为扩散双电层有效厚度或离子氛半径。2.1.4双电层的stern 处理扩散双电层的处理，主要是GouyChapman的贡献。但GouyChapma的模型在0大而x值小时却得出不符合实际的结论。例如，当0增大时，双曲正弦函数增大很快。0为250mV和1：1型电解质浓度为0.1M时， 由(4)式计算所得的23单位电荷/，即如此小的面上要有23个一价离子存在，显然这样的电荷密度在物理意义上是不可能的。若0为300 mV，而17y0是12，n010-3摩尔/升，求得表面附近负离子的局部浓度是n-10-3e12160摩尔升， 这也是不可思议的。上述的偏差是由于在假设中忽略了离子半径，而将电荷都视为点电荷。于是在0很大的情况下必然会使偏差增大。本应对此进行修正，然而就离子半径的真实情况来处理双电层太困难，为此Stern发展丁扩散双电层模型的处理方法。根据扩散双电层模型，Stern提出了以下的处理，即用一假设的平面将平面附近的区域分成两部分，该假设平面称Stern平面（或称为外Helmholtz平面，缩写为OHP）。此紧靠固体表面的第一部分包括牢固地吸附在固体表面上的离子和参与部分溶剂化的水分子，形成一个双电层的内部紧密层，该层称作Stern层，它符合于Langmuir（朗格谬尔）单层吸附理论，在紧密层内电位从表面电荷0降至Stern面上电位，其变化是线性的，参见图6。图6 Stern层模型第二层称扩散层（或称Gou层），粗略地假设此层中电位随0距离x变化而减少至零。他认为GouyChapman处理双电层的公式仅使用于扩散层；公是中0实际上是，因此公式中的0要用代替。Stern处理的关键是估算有多少离子进入紧密层，即0值（或0电位降）及其与Stern层之间荷电密度的关系。他把界面区和体相溶液区均分为许多可占据的位置。假设在各区中被离子占据的位置分数可通过Boltzman分布公式来表达，即表面吸附位都被占领后，固体表面电荷密度为：（8）实际的占位分数是： （9）式中s0代表表面所有吸附可占的位置；s代表已被吸附占领的位置；而占据的位置和未被占据的位置之比应为，故对于一个稀溶液相，Stern认为这二者之比可用下式相联系：（10）式中Ns溶液中溶质的摩尔分数；波尔兹曼因子 。其中能量是静电吸引位能（-ze）和任何附加的吸引位能（- ，可以是范德华力引起的）之和。因而紧密层和扩散层间界面上的电荷密度和0之比为：，即（11）或 （12）假设扩散层电荷密度为d，由于整个体系为电中性，如固体表面带正电，则和d为负值，它们数值上的关系为：（13）其中d可按双电层中固体电荷密度和固体表面电位的关系式（14）计算，（14）其简化形式为：（15）于是：（16）扩散双电层的Stern处理可得如下结论：（1） 稀释溶液时，d的减少比慢的多，双电层呈现出反离子主要是在扩散层，从而表现了扩散双电层性质。（2） 浓缩溶液时，数值会很快地增加，双电层表现出接近Helmholtz（赫姆霍兹）平板双电层的形式。假设Stern层的厚度为，因其电位降较大，所以x曲线近似为直线，斜率是：（17）因此，stern层的电荷密度为：（18）式中代表紧密层的电容C；代表局部相对介电常数或“固体界面层”相对介电常数。的数值与体相溶液的相对介电常数不同。双电层的总电容可认为是Stern层电容和扩散层电容串联组成，即：（19）由于Stern用代替0而处理了（14）式和（15）式，故Cd可按（15）式来计算，则：，如果溶液的浓度很大，Cd值变的足够大，则可近似地认为CC。Stern处理是为了改正GoupChapman模型中存在明显的缺点而作得尝试，他也注意到非库仑吸引位能的存在。但是应用Stern的处理图像时，将双电层分成两部分【第一部分相当于紧密（或吸附）层，第二部分为扩散层（或Gouy层）】也出现了一些问题。例如，在电动现象中表明扩散层应包括“不动”层和可动层。因此，双电层结构又发展成另一些模型。第二节 决定电位层和Zeta电位2.2.1 定位离子和决定电位层首先探讨固体表面电位0，现以25时与碘化银饱和水溶液达平衡的碘化银溶胶为例，该实验表明，AgI颗粒表面选择性地优先吸附了I-，使AgI颗粒在其自身饱和溶液中带负电，但可认为溶液的银离子和碘离子的浓度基本相同。于是从AgI的溶度积常数(Ksp7.5*10-17)求得Ag+I-8.710-9摩尔/升。如果改变溶液中Ag+和I-的浓度，添加了AgNO3，当溶液中Ag+浓度达3.0*10-6 摩尔/升以上时，AgI颗粒即带正电；若加入了KI，使溶液中A g+浓度小于3*10-6摩尔/升，AgI颗粒就带负电。当Ag+浓度等于3.0*10-6摩尔/升时AgI颗粒表面电位等于零(实际上常是动电位为零)，此时固体表面吸附两种离子的数量相等，使固体表面电荷相等的浓度称等电点浓度，固体表面所不带多余的电荷。假如I-和Ag+在固体表面上的吸附量彼此不等，就会使固体或带负电，或带正电。根据表面超量的含义，固体表面的电荷密度可表示为：（20）当热力学电位00时，零电荷点（往往也称等电点）的离子浓度以Czp表示，而任意0时溶液中的离子浓度为C，根据化学势公式和萘恩斯特方程 （21）或者（22）式中F法拉弟常数。对于一价离子，25时或者。0的变化可直接由（22）式计算而得。例如，上述AgI颗粒在纯水（或自身饱和溶液）中，其，表明在此情况下，AgI带负电。综上所述，通过添加Ag+或I-的盐类，使溶液中Ag+和I-的浓度改变时会引起AgI颗粒表面电位变化，甚至变为零或改变其符号。因此，吸附的Ag+或I-可称为决定电位的离子即定位离子，其中之一所组成的定位离子层称为决定电位层，显然它不属于Stern层部分。这些定位离子既不一定是在原固体表面上，也不一定是与固体表面的组成相同。例如Cl-能与固体表面的金原子形成稳定的络合物，所以它常是金溶胶的定位离子。可以认为这种定位离子完全离开了溶液相，不再像在溶液相中那样的溶剂化，而是与固体表面产生了牢固的化学结合，或甚至像在AgI中的Ag+情况，完全失去了它的个性，所以将定位离子层分别考虑是必要的。Stern层中吸附之反离子是溶剂化的，它们通过静电作用或物理吸附力与固体表面发生相当强的联系而固定在第二层内。从固体表面与液体作相对流动的意义来看，Stern层是不会移动的，它随着固体表面(或颗粒)一起移动。由于它的不动性涉及介质(主要是溶剂)，故不能认为剪切界面应与Stern层边界重合，溶剂化的影响使剪切面的位置可稍微靠外面一些，因而将扩散层分成丁不切变层与流动层两部分。剪切面(又称滑动面)上的电位称电位，它在电动运动的切变中显示出来，所以又称为动电电位。如图7所示。图7 决定电位层与剪切面分清时电位随距离的变化2.2.2电位和动电现象以金溶胶为例，它在氯化钠和硝酸钠的混合电解质溶液中，首先是去溶剂化的化学吸附Cl-(通称特性吸附Cl-)组成了决定电位的Cl-离子内层 (决定电位层具有的0伪负值)，随后是主要Na+离子的Stern层，它是靠静电引力、溶剂化和范德华引力等吸引而组成的，在该层中电位由0升高到。再向外是扩散层的不切变部分。在剪切面上的电位电位，这是与动电现象有关的电位。自Stern面以外的整个界面区域(扩散层)扩散分布着正、负离子，而与表面决定电位层带相反电荷的离子(称反离子)为较多，随着界面距离的增大，过剩的反离子也逐渐减少，到某一距离时反离子过剩为零即溶液本体相。从固体表面至反离子过剩为零处属于扩散双电层的范围。金溶胶在上述情况下的双电层模型之图像正好是图7所示的倒影。根据此模型，热力学电位可由定位离子的变化而发生很大的改变，直至会使电位符号也改变，然而Stern层和双电层的效应总是使电位趋向于零。其中电位虽然与溶液中一切离子的浓度和性质有关，他将随着Stern层中反离子的数目改变而变化，即降低，电位也随之下降。以上的模型将Stern层与定位离子层区分开，目的是为了强调化学吸附的定位离子对于决定0的特殊作用。若定位离子改变了，0也随之发生变化，电位也会相应地变化。电位差不是严格地作为相边界电位而存在的，它完全是在流体区中，当带电表面和本体相溶液间作相对运动时方能发现。实际上它可视为位于表面某距离的点与剪切面点间的相位差，它导致了动电现象。因此，电位可利用动电现象直接测定。此动电现象的特征分类可见表1。表1 动电现象固体表面电场静止的（例器壁或多孔板等；液体流动）运动的（例胶粒等；液体不动）外加的（带电表面切线方向）电渗电泳感生的流动电势沉降电势电泳电泳现象与离子电导类似，仅其带电质点是大分子或胶拉。假设外加电场强度为E，胶粒相对于周围介质的运动速度v，在距离固体表面x处的溶液中取一面积为A，厚度为dx的体积元，由于该体积元内的带电质点受电场作用而使体积元存在一电场力F电，它等于电场强度E与总电荷的乘积，而该体核元内所包含的总电荷等于体积电荷密度乘以体积元的体积。根据泊松方程：所以，（23）当该体积元与固体表面发生相对运动时，作用在最靠近固体表面的面上之之粘滞力为，作用在该体积上的近粘滞力等于上述两者之差，即：当x很小时，则：于是： （24）当达到力平衡时，电场力与粘滞力大小相等，但方向相反，而（23）式和（24）式对等，因而得： （25）将上式二次积分即可得v与的关系式。首先假定和r都是常数。第一次积分：，得（26）当x时，积分常数C0；若进行第二次积分，边界条件是时，v0，0时，vu，则：求出电泳速率的公式为：（26）式中u电泳淌度，即单位电场强度下的电泳速度。Zeta电位为： （27）其中u为胶粒的电泳淌度，和分别为介质的介电常数和粘度，为电位，K是与胶粒形状有关的常数。此式不仅表明电泳淌度u和电位的依赖关系，还提供了测定电位的方法，即通过测定电泳淌度来求电位值。在该公式的推倒中，曾假定固体表面为平面，对于其它几何形状，只要曲率半径R比双电层有效厚度x-1大的多（约100倍以上），即电解质浓度很高或固体表面的曲率很小（胶粒较大）时，（27）式仍然适用。第三章仪器组成第一节 系统参数电源 电源电压：220V 50Hz 功耗：150W使用环境 防震平台温度 温度：5到35 建议在恒温防尘室内使用测量范围 适用于0.520um的分散体系 pH范围：一般应用在下2.012.0，亦可在1.613.0范围内使用测数准确度 系统误差在5%以内第二节 系统组成3.2.1硬件组成JS94H型微电泳仪主机内部结构如图8所示。图8 JS94H型微电泳仪主机内部结构图1、左右调节螺杆2、焦距调节螺杆3、上下调节螺杆4、三维平台5、CCD组件6、接口面板7、光学镜头组件8、样品槽背部构造如图9所示，图9 仪器背部构造图电泳池电泳池是微电泳仪的重要组成部分，传统的电泳池有毛细管型、矩形、单管、双管、三管等类型，其共同特点是：电极在样品的电泳池外面。这些类型电泳池结构复杂，造价昂贵，测量时试样用量多（数十至数百毫升），并有清洗不便、毛细管易堵塞等缺点。为了克服这些缺点而设计的新型简便的电泳池，采用 0.5cm 厚的玻璃杯，如图10所示，电极内置在池内。电泳杯与内置电极经精密的微流场计算，表面处理，组成一套与传统的电泳池完全不一样电泳装置。测试时样品用量极少，每次仅 0.5ml，易于清洗，使用方便，经济实用。图10 电泳杯电极采用经过精心设计的电极支架，与电泳杯紧密配合，形成一个杯形开放式电泳装置，电极采用银、铂和钛金属丝制成，经表面处理后工作状态稳定。如图11所示。（标“P”的为铂电极，标“A”的为银电极）图11 电极光源传统微电泳仪采用白炽灯或激光光源，前者功率大，一般为数瓦至数十瓦，易发热而影响电泳淌度；后者价格昂贵，使用寿命较短。新设计的JS94H 型微电泳仪采用半导体发光近场光学系统，功率仅几十微瓦，不会因发热而影响测量环境和测量精度。电源采用恒压低频转换电源，可以防止极化而又可大大提高测量速度。正负换向时间为0.30秒至1.20秒连续可调，采样时间仅需 310秒。电极间电压可根据需要调节。温度采用温度采样探头，自动连续对环境温度进行采样，返回计算机，自动调整参数，用于计算Zeta电位。计算采用计算机多媒体技术，在给定的节拍下，自动对经放大1200倍的超细颗粒连续“拍照”，提供双向共四幅灰度图像进行分析计算。十字标制作精良的十字标，置入电泳杯后放在三维平台上，调整三维平台，在计算机屏幕看到清晰的十字图像，便找到测定位置，没有静止层问题。如图12所示。图12 十字标与微电泳仪相配的图像采集卡（视频卡）一块CG400图像采集卡，如图13所示。图13 图像采集卡与微电泳仪相配的控制卡一块（PPC400控制卡，该卡已置于电泳仪内部）串口连接线一根，如图14所示。图14 串口连接线视频连接线一根，如图15所示。图15 视频连接线CCD电源线一根，如图16所示。图16 CCD电源线主机电源线一根，如图17所示。图17 主机电源线电极线两根（一根备用），如图18所示。图18 电极线与微电泳仪相配的计算机如自带计算机，建议配置如下或更高级：IBM兼容奔腾300以上的计算机；128M以上内存；有PCI扩展槽；至少500M硬盘空间；TNT2/Geforce系列等显示卡。3.2.2 系统软件组成运行环境win2000/winxp配套软件产品随机配送的光盘中，一般包括以下内容：DH-CG400图像卡驱动程序及应用程序；仪器使用软件；仪器介绍、操作指南。第四章 系统安装第一节 系统硬件安装4.1.1 图像采集卡（视频卡）安装（1） 关闭计算机电源，打开机箱，找到PCI插槽，如图19所示，图中白色插槽为PCI插槽。图19 PCI插槽示意图（2） 将图像卡插入计算机空闲的PCI总线插槽中（白色扩展插槽），将图像卡上的固定挡片与机箱用螺钉固定，即完成安装。如图20所示；图20 图像卡安装图像卡安装完成以后，其端口如图21所示。图21 图像卡端口示意图4.1.2 连接电泳仪主机与计算机将随机配送的视频连接线连接CG400图像采集卡（视频卡）的端口与微电泳仪主机视频口，如图22所示。（注：某些图像采集卡有2个插孔，选远离主板的那个插孔）图22 视频线连接示意图将随机配送的 串口连接线连接计算机COM1口与电泳仪的串口线接口。计算机COM1端口如图23所示，串口线连接示意图如图24所示。图23 COM1端口示意图图24 串口线连接示意图完成连接以后，微电泳仪主机与计算机的连接情况如图25所示。图25 微电泳仪主机与计算机连接图4.1.3硬件安装注意事项1、硬件安装必须在关闭计算机电源后进行；2、图像卡的方向不能搞错，固定铁片与机箱相连；3、图像卡一定要插牢固，并与机箱用螺钉固定。第二节系统软件安装本公司售出的微电泳仪，如附带计算机，已经安装了系统程序，并附有软件安装盘，如客户自配计算机或系统重新安装请按以下步骤进行：4.2.1图像卡驱动软件安装随机配送的光盘中DH-CG400为图像卡驱动软件所在的目录，图像卡必须安装驱动软件才可以工作。（1）图像卡驱动程序安装图像卡安装完成后，第一次开机时，系统会提示发现新硬件，要求安装设备驱动程序，如图26所示。图26 找到新硬件这时可根据提示，点击“浏览”按钮打开光盘的“DHCG400Win9X”目录，如图27所示，图27 安装驱动程序示意图然后按确定键便可完成安装工作，这时系统需要重新启动机器，点击“是”按钮，如图28所示。图28 系统提示图系统重新启动以后，图像卡的驱动程序已经完成安装。如果没有正确安装，则在控制面板的设备管理器中，声音、视频和游戏控制器下会有黄色的惊叹号出现，如图29所示。图29 安装失败示意图可以按照下面的步骤重新安装。点击“属性”按钮，如图30所示。图30 属性对话框然后点击“更新驱动程序”按钮，选择指定驱动程序的位置单选框，如图31所示。图31 安装过程图然后点击“下一步”按钮，出现如图32所示的对话框。图32 安装过程图点击“浏览”按钮，选择驱动程序所在的目录，然后点击“下一步”按钮，如图33所示。图33 安装过程图点击“下一步”按钮，出现复制文件对话框，如图34所示。图34 复制文件对话框复制完成以后，出现如图35所示的对话框。图35 安装过程图点击“完成”按钮，即可完成驱动程序的安装，此时系统需要重新启动，如图36所示。图36 重新启动对话框选择“是”按钮，系统将会重新启动，系统启动好以后，图像卡的驱动程序的安装已经完成，此时控制面板的设备管理器中，声音、视频和游戏控制器下的黄色的惊叹号已经消失，如图37所示。图37 安装成功示意图（2）图像采集软件安装运行光盘的“DHCG400Demo”目录下的Setup.exe文件，便可完成图像卡图像采集软件安装工作。安装过程如下：双击setup.exe文件，出现如图38所示的对话框。图38 准备安装进程图准备安装进程完成以后，点击“Next”按钮，如图39所示。图30 安装过程图选择“Yes”按钮，如图40所示。图40 安装过程图可以选择“Brouse”按钮改变安装路径，也可以选择默认的路径安装，点击“下一步”按钮，如图41所示。图41 安装过程图选取默认的“Typical”安装，点击“下一步”按钮，如图42所示。图42 安装过程图点击“Next”按钮，如图43所示。图43 安装过程图点击“Next”按钮，如图44所示。图44 安装过程图点击“Finish”按钮，完成图像采集软件的安装。如图45所示。图45 安装过程图注：控制卡不需要安装驱动软件。4.2.2仪器操作软件安装将光盘中的“视频类for CG400电泳仪”目录下的JS94H文件夹全部拷贝到硬盘中，执行文件为JS94H.EXE。4.2.3显示器设定在桌面上点击鼠标右键属性选择设置，在颜色栏，选择“增强色16位”，在屏幕区域栏，选择“800600”像素，如图46所示。图46 显示器设定图第五章 系统模块组成系统主要由以下二个模块组成：采样操作模块，计算分析模块。5.1 采样操作模块该模块是系统运行的主控模块，负责初始化多媒体卡及前置单板机，并且为用户提供一个使用便利的集成环境，在这个工作平台上，可以控制在采样过程中实时输出电压值的大小、电极极性、转换速度等采样参数，可以输入被测样品的pH值，同时可以在视频观察窗中观察颗粒运动情况，调节存盘区域的位置，可以观察调节三维平台以寻找十字标的清晰图像，还可以及时得到当前的电流值、当前的温度值等环境参数。在主模块中还提供了快速调用计算分析模块的方法，使用户使用更为方便。5.2 计算分析模块该模块是后期处理模块，也是采样操作模块的从控模块，该模块主要将用户所采集的数据图像用定标的方法进行分析，从而得出在当前的环境参数下，被测颗粒的(Zeta)电位。第六章 系统使用6.1 启动进入JS94H子目录，运行子目录中的JS94H.exe 即可启动微电泳仪应用程序。微电泳仪应用程序主界面如图47所示：图47 电泳仪应用程序主界面图6.2 采样操作模块使用说明l 屏幕左侧的大正方形区域为图像显示区，当摄像机打开时，显示区显示当前摄像机摄入的图像内容。l 屏幕右侧为采样操作模块的功能菜单，现将菜单各项功能详述如下：温度：显示当前电泳槽环境温度 单位：摄氏度 精度：0.1 电流：显示当前电泳槽内的电流值 单位：毫安 mA 精度：0.1 mA 工作时电流一般控制在18mA以下，可通过调节电压来控制电压：可控制当前输出电压值 单位：伏特 V 精度：0.2 V 调节范围：030 V 步长：0.2 V电压切换：可控制当前电极极性切换周期。 单位：毫秒 ms 精度：10 ms 调节范围：5001200 ms 步长：1 mspH 值：可输入溶液pH值 调节范围：014 步长：0.1文件名：图像文件和数据交换文件的文件名 图像文件名的组成：由所得到的字符串分别自动添加01.bmp，02.bmp，03.bmp，04.bmp组成一组图像文件。 启动：据上述第、项所确认的值开始工作。存盘：将图像显示区的图像和上述第项所确认的参数以及当前日期分别存入第项所确认的文件之中分析程序：调用分析计算模块。 l 屏幕上方为快捷键：Q：向上移动取景框；A：向下移动取景框；Z：向左移动取景框；X：向右移动取景框；，：对比度；，：亮度。6.3 使用步骤5.3.1 沟通进入主界面后请点击OPTION菜单中的CONNECT选项，出现“Connect ok”，表明计算机与仪器的通讯沟通成功，如出现出错信息，请检查计算机与仪器的连线。6.3.2 调焦与定位用去离子水冲洗电泳杯和十字标，将被测样品注入电泳杯，插入十字标后洗涤数次，并让十字标充分湿润；取0.5ml样品注入电泳杯，倾斜电泳杯，缓缓插入十字标，石英片的表面有前后2个表面，将含有十字标的那个表面接近镜头，即将标有“前”的一面面向自己插入，细心观察，不要产生气泡；擦拭干电泳杯的外面，将电泳杯平稳放入样品槽，轻轻按到底，切忌重压，如图48所示。图48 插入十字标点程序主界面上的活动图像，图像应为灰度，因不同的显卡兼容问题，有时会出现伪彩色，此时可点击Option中的RGB16BIT或RGB15BIT选项调节到灰度图像。然后调节上下、左右旋钮和焦距，直到在计算机屏幕看到清晰的十字图像，如拍图49所示。（注：因为每种样品的折光率的不同，所以使用另一种样品时需要重作调焦与定位。同种样品做一次即可）图49十字标调焦示意图6.3.3 采样操作找到十字标后就可以开始试样的测量，用去离子水冲洗电泳杯和电极，将被测样品注入电泳杯，插入电极后洗涤数次，并让电极装置充分湿润；取0.5ml样品注入电泳杯，倾斜电泳杯，缓缓插入电极装置，细心观察，不要产生气泡；擦拭干电泳杯外面，将电泳杯平稳放入样品槽，轻轻按到底，切忌重压，连上电极连线，如图50所示。（注：对于Cl-比较多的体系，采用Ag电极）图50 电极连接示意图然后点按活动图像，调节所需电压，设置文件名，输入样品pH值，按启动，图像上颗粒会随电极的切换左右移动，使用快捷键调节，使待测颗粒处于取景框内，立刻按存盘，程序将截取图像供分析计算时使用。6.3.4 设定点击Option菜单中的Setting选项，出现对话框，如图51所示，输入文件名和电压切换时间。如使用不太熟练，电压切换时间可使用程序预先的设定，但应根据用户需要在测试样品前预先设好文件名。图51 设定对话框6.3.5 截图点按活动图像，调节所需电压输入样品pH值（pH值要事先用pH计测得），按启动，图像上颗粒会随电极的切换左右移动，使用快捷键调节所需画面和画质，然后按存盘，程序将截取图像供分析计算用。6.3.6 分析按分析程序进入分析计算子程序界面。分析计算模块屏幕布局如图52所示：图52 分析计算主程序界面图在屏幕左侧有三个长方形的区域分别为定标分析区#1、#2、#3，右侧由上至下有三个区域，第一个是操作区，第二个是环境参数区，第三个是定标数据区。 点按开始，系统要求输入文件名，如图53所示。图53 文件名对话框文件名要求：文件名应是采样模块中输入的文件名。如不太熟练，请按OK使用程序的默认的文件名。输入正确的文件名后，系统将调出相应的图像和数据供用户分析。分析区#1、#2是两张颗粒运动灰度图像，其时间间隔由电压切换参数决定， 分析区#3是#1、#2图像相减而得，颗粒运动轨迹较明显，可作为定标时的参考， 使用鼠标点击图中颗粒，定标数据区的光标位置会有数字显示，表明当前定标的位置。分析图像时，首先在分析区 #1内确认一个颗粒，方法是将定标线移到这个颗粒所在位置，鼠标点击确认，在定标数据区内的颗粒0A位置将显示所确认的位置数据，然后根据颗粒位置的相关性，在分析区 #2中确认同一颗粒（即分析区 #1内所确认的颗粒，参考分析区 #3的颗粒位置），其位置数据显示在定标数据区内的颗粒0B 后，至此获得第一组数据，然后在分析区 #1内再确认其他颗粒，用同样方法获得第二组数据，依此类推，可获得多至十组数据。然后按继续键，系统将调出第二组图像供用户分析，用户在用同样方法再获得十组数据后，按存盘，程序要求判断颗粒电荷极性，如图53所示。图53 输入电荷极性对话框用户可根据分析区 #3中右侧“+”或“-”符号以及分析区 #1、 #2所显示的颗粒走向判断颗粒所带电荷极性并输入“+”或“-”符号。请用户确认。系统自动计算出分析结果。按OK退出分析计算子程序，回到主界面，进行下一项测量。如分析中出现操作错误，可按鼠标右键，可逐一取消输入的数据，重新输入。也可按CANCEL键，退出子程序，直接按分析程序重新进入，按上述步骤进行操作。注意：如数据误差过大，请重新调整三维平台观察十字标成像，注意严格按照上述操作规程操作。实验结束以后，可以利用目录下的dhprint.exe程序打印实验数据和图像。附录1 应用举例量取50ml510-4M的NaCl溶液，置于100ml烧杯中，称取1mg R-TiO2钛白粉投入上述溶液，用超声波分散器分散二分钟，用pH计测定pH值，留作待测液；然后取1ml 分散液，注入电泳杯，插入十字标浸洗两次，再取 0.5ml分散液注入电泳杯，插入十字标调整焦距；然后将1ml分散液注入电泳杯，插入电极浸洗两次，再取0.5ml分散液注入电泳杯，插入电极置于三维平台上进行测定，可以得到Zeta电