2 結(jié)果與分析

2.1 不同外加電壓條件下膜液荷質(zhì)比變化

液體的荷電一般分為接觸荷電、電暈荷電和感應(yīng)荷電 3種方式,其中感應(yīng)荷電具有安全易控等優(yōu)點(diǎn),因此本實(shí)驗(yàn)采用該方式為液滴荷電。電極環(huán)所帶電壓直接影響微量進(jìn)樣針針尖處電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小，進(jìn)而影響液體所帶電荷量。本實(shí)驗(yàn)去離子水和明膠液滴感應(yīng)荷電所產(chǎn)生的荷質(zhì)比如表2所示。由表2可知，隨著電源電壓升高,去離子水和明膠液滴的荷質(zhì)比均顯著升高(P<0.05)，外加電壓7kV時(shí)去離子水荷質(zhì)比相較于1kV升高了6倍，而明膠溶液則升高了8~16倍。

李金等探究環(huán)形電極對(duì)噴霧感應(yīng)荷電的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，外加電源電壓從0kV升高至15kV時(shí)，液滴的荷質(zhì)比會(huì)呈現(xiàn)先上升后下降的結(jié)果。這是由于當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)會(huì)擊穿空氣，產(chǎn)生與電源帶相同電荷的離子，而帶相反電荷的液滴與空氣中的擊穿離子結(jié)合則使液滴荷質(zhì)比下降。本研究電源區(qū)間屬于感應(yīng)荷電區(qū)，且7kV電壓無(wú)法擊穿空氣。

隨著膜液中吐溫20的減少和司盤20的增多，明膠液滴荷質(zhì)比亦呈增高趨勢(shì)(P<0.05)。張建桃等研究表明，介質(zhì)的電導(dǎo)率改變會(huì)引起其荷電性能的改變。相同質(zhì)量濃度下司盤20的物質(zhì)的量濃度更高，導(dǎo)致溶液電導(dǎo)率及液滴荷質(zhì)比增加更為明顯。然而，與只添加吐溫20的明膠溶液(tw100)相比，少量司盤20的添加(tw80)還會(huì)引起荷質(zhì)比的顯著減少(P<0.05)，推測(cè)這是由于溶液中吐溫20與司盤20分子通過(guò)“經(jīng)典疏水作用”在水溶液中優(yōu)先結(jié)合，從而使溶液中總?cè)苜|(zhì)相對(duì)濃度下降導(dǎo)致。

2.2 不同外加電壓條件下膜液表面張力變化

表面張力是反應(yīng)液體潤(rùn)濕性能的重要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，表面活性劑作為雙親分子能夠使氣-液、液-固間的表面張力顯著降低。表面張力越小的液體越容易黏附在物體表面，呈現(xiàn)出更小的接觸角和更優(yōu)的潤(rùn)濕性能。通過(guò)改變外加電壓，去離子水和明膠液滴的表面張力如表3所示。無(wú)論是去離子水還是明膠溶液，電源電壓的升高均使液滴表面張力顯著降低(P<0.05)。

相較于未施加電壓膜液，當(dāng)電壓在7kV時(shí)明膠液滴表面張力下降超10%,其中tw0組在7kV時(shí)擁有最小的表面張力(31.38mN/m)。安建鵬研究了含有不同表面活性劑液滴在荷電之后的表面張力，發(fā)現(xiàn)表面活性劑的親水基團(tuán)會(huì)與水分子間形成氫鍵，從而影響液滴在靜電場(chǎng)中的表面活性，使表面張力保持較高水平。本實(shí)驗(yàn)中所有表面張力數(shù)值均隨電壓的增大而減小，表明溶液中的氫鍵已達(dá)飽和，電壓越高，明膠溶液表面活性越強(qiáng)，表面張力越小。相較于吐溫20，司盤20分子含有更少的親水基團(tuán)、不易與水分子結(jié)合，且在水溶液表面排列更為緊密(排列密度約為吐溫20的3倍)，這導(dǎo)致明膠液滴的表面張力隨著司盤20占比的升高下降更為明顯。