CN112197883B - 一种流体表面温度场分布显示与检测方法 - Google Patents

一种流体表面温度场分布显示与检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了提供一种流体表面温度场分布显示与检测方法，该方法基于刺激响应性化合物可以在外界条件诱导下对流体的温度场进行高分辨率和高精准度的显像，且成像试剂的加入不会对流体表面温度场的分布产生影响。本发明首次将刺激响应性化合物应用于对流体的温度场进行高分辨率和高精准度的显像当中，在物理或化学手段刺激下，该类成像显色剂具有在流体表面温度场分布中可视化显像的功能。本发明的流体表面温度场分布显示与检测方法包括以下步骤：a)将成像试剂溶解或分散在流体中；b)刺激流体表面，使成像试剂发生颜色或荧光变化；c)将产生的颜色或荧光进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。

Description

一种流体表面温度场分布显示与检测方法
技术领域
本发明涉及一种温度场分布显示与检测方法，更具体地说涉及一种流体表面温度场分布显示与检测方法。
背景技术
有序的动态自组装模型不论从美学角度还是理论与实践的相关性的角度来看都具有吸引力。与静态自组装相比，通过能量耗散形成有序模式的动态自组装系统的实现和理解是一个更大的挑战，因为它不但存在于远离平衡的地方，还需要不同组分的协同作用。为探究这一动态过程，需要开发出即时有效的工具来对这一动态过程进行高分辨率和高精准度的捕获和显像。现有流体表面温度场成像方法主要依赖于红外相机，虽然红外相机的热成像技术可以在一定程度上满足这一要求，但该设备价格昂贵，且在实际使用过程中分辨率不高，无法对冷区的流体的流动状态进行及时的成像观察。如果使用具有物理或化学刺激响应的成像试剂，在流体表面对分子聚集动态自组装过程进行捕获和显像，获得流体表面温度场分布信息，从而研制一种流体表面温度场分布显示与检测方法，该方法具有分辨率高、设备便宜、方法简单的特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种流体表面温度场分布显示与检测方法，该方法基于刺激响应性化合物可以在外界条件诱导下对流体的温度场进行高分辨率和高精准度的显像，且成像试剂的加入不会对流体表面温度场的分布产生影响。本发明首次将刺激响应性化合物应用于对流体的温度场进行高分辨率和高精准度的显像当中，在物理或化学手段刺激下，该类成像显色剂具有在流体表面温度场分布中可视化显像的功能。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
本发明的流体表面温度场分布显示与检测方法，其包括以下步骤：
a)将成像试剂溶解或分散在流体中；
b)刺激流体表面，使成像试剂发生颜色或荧光变化；
c)将产生的颜色或荧光进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。
本发明上述的方法，其进一步的技术方案是所述的成像试剂为具有光致变色属性、光致发光属性、化学刺激变色属性、化学刺激发光属性、电刺激变色属性或电刺激发光属性的成像试剂。更进一步的技术方案是所述的成像试剂为螺吡喃类、偶氮类、吲哚类、螺噁嗪类、苯并呋喃类、俘精酸酐类、二芳基乙烯类、氧杂蒽类、紫精类、多环醌类或苯胺衍生物类化合物。
本发明上述的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的刺激流体表面的刺激手段为光照、酸、碱、挥发性气体、电、磁、微波或等离子体刺激手段。更进一步的技术方案是所述的光照刺激手段其光照波长范围200nm—1000nm；所述的光照刺激手段时成像试剂优选为螺吡喃类或吲哚类变色染料试剂。所述的光照刺激手段其光照波长优选范围200nm-600nm。
本发明的流体表面温度场分布显示与检测方法，其包括以下步骤：
a)将如结构式BS1-SP、BS2-SP、N-SP、G-SP或F-DAE成像试剂溶解在有机溶剂中；
b)用波长范围200nm-600nm光照照射，有机溶剂的表面出现不同形状的图案；
c)将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图；
其中成像试剂结构式如下：
Figure BDA0002714676660000021
Figure BDA0002714676660000031
本发明上述的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的有机溶剂为二氯甲烷、1-溴丙烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、四氢呋喃、2-溴丙烷、乙酸乙酯、乙醇、乙醚、正戊烷、甲醇、丙酮、乙腈、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺。
本发明中，所采用测量目标流体包括但不限于水溶液、有机溶剂、油、血液、乳制品等具有流动属性的液体；所采用的容器材质包括但不限于高分子、金属与非金属材质。所用的成像容器为玛瑙研钵、碟形容器、球形容器、方形容器等具有容纳功能的器皿。图像采集包括手机、普通相机、CCD相机、荧光仪等具有颜色或荧光采集功能的成像设备。
本发明具有以下有益效果：
本发明所采用的光致变色显色剂可以对流体的表面温度场分布进行显像；与市售的红外相机相比，本方法显像的分辨率高、精准度高；本发明成像方法简单易行，设备要求不高。
附图说明
图1为本发明实施例1中成像试剂分子结构示意图。
图2为本发明实施例2显色剂BS1-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在玛瑙研钵中，溶剂表面温度场分布图。
图3为本发明实施例3显色剂BS1-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在碟形容器中，溶剂表面温度场分布图。
图4为本发明实施例4显色剂BS2-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在玛瑙研钵中，溶剂表面温度场分布图。
图5为本发明实施例5显色剂BS2-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在碟形容器中，溶剂表面温度场分布图。
图6为本发明实施例6显色剂N-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在玛瑙研钵中，溶剂表面温度场分布图。
图7为本发明实施例7显色剂N-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在碟形容器中，溶剂表面温度场分布图。
图8为本发明实施例8显色剂G-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在玛瑙研钵中，溶剂表面温度场分布图。
图9为本发明实施例9显色剂G-SP在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在碟形容器中，溶剂表面温度场分布图。
图10为本发明实施例10显色剂F-DAE在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在玛瑙研钵中，溶剂表面温度场分布图。
图11为本发明实施例11显色剂F-DAE在紫外光的刺激下，对不同有机溶剂在碟形容器中，溶剂表面温度场分布图。
图12为本发明实施例12螺吡喃衍生物显色剂BS1-MCH在三乙胺的作用下对二氯甲烷溶液在玛瑙研钵中，其表面温度场分布图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1 制备螺吡喃衍生物显色剂BS1-SP、BS2-SP和N-SP
(1)将2.693g 2-(5-烷基-4-醛基-2-羟基苯基)苯并噻唑和3.513g-3.864g的1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚的碘化盐溶于100ml的乙醇溶液搅拌混合，然后在室温下逐滴加入1-10mL的哌啶；混合液在65-80℃条件下回流4-12小时；点板检测反应结束后，用旋转蒸发仪减压除去乙醇溶剂，在40-60℃水浴条件下搅拌加入20-80mL的甲醇溶液，溶液中快速析出浅黄色沉淀，对混合液进行减压抽滤操作，用甲醇洗涤滤饼三次之后将浅黄色固体放在真空干燥箱内烘干得产品BS1-SP。所得探针纯品实测分子量为474.62。
(2)将2.693g 2-(5-烷基-4-醛基-2-羟基苯基)苯并噻唑和3.012g-3.313g的1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚的碘化盐溶于100ml的乙醇溶液搅拌混合，然后在室温下逐滴加入1-10mL的哌啶；混合液在65-80℃条件下回流4-12小时；点板检测反应结束后，用旋转蒸发仪减压除去乙醇溶剂，在40-60℃水浴条件下搅拌加入20-80mL的甲醇溶液，溶液中快速析出浅黄色沉淀，对混合液进行减压抽滤操作，用甲醇洗涤滤饼三次之后将浅黄色固体放在真空干燥箱内烘干得产品BS2-SP。所得探针纯品实测分子量为424.56。
(3)将1.671g的5-硝基水杨醛和3.012g-3.313g的1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚的碘化盐溶于100ml的乙醇溶液搅拌混合，然后在室温下逐滴加入1-10mL的哌啶；混合液在65-80℃条件下回流4-12小时；点板检测反应结束后，用旋转蒸发仪减压除去乙醇溶剂，在40-60℃水浴条件下搅拌加入20-80mL的甲醇溶液，溶液中快速析出灰黄色沉淀，对混合液进行减压抽滤操作，用甲醇洗涤滤饼三次之后将浅黄色固体放在真空干燥箱内烘干得产品N-SP。所得探针纯品实测分子量为322.36。
实施例2 螺吡喃衍生物BS1-SP对玛瑙研钵中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的BS1-SP于玛瑙研钵中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、1-溴丙烷(1-BP)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)、2-溴丙烷(2-BP)、乙酸乙酯(EtOAC)、乙醇(EtOH)、乙醚(ethyl rther)、正戊烷(n-Pentane)、甲醇(MeOH)、丙酮(Acetone)、乙腈(MeCN)二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为例，待BS1-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的绿色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，绿色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图2。
实施例3 螺吡喃衍生物BS1-SP对碟形容器中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的BS1-SP于碟形容器中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1-溴丙烷(1-BP)、1，2-二氯乙烷(DCE)、乙酸乙酯(EtOAC)、四氢呋喃(THF)、甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)、乙腈(MeCN)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为例，待BS1-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的绿色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，绿色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图3。
实施例4 螺吡喃衍生物BS2-SP对玛瑙研钵中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的BS2-SP于玛瑙研钵中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待BS2-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的绿色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，绿色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图4。
实施例5 螺吡喃衍生物BS2-SP对碟形容器中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的BS2-SP于碟形容器中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待BS2-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的绿色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，绿色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图5。
实施例6 螺吡喃衍生物N-SP对玛瑙研钵中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的N-SP于玛瑙研钵中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待N-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的紫色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，紫色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图6。
实施例7 螺吡喃衍生物N-SP对碟形容器中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的N-SP于碟形容器中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待N-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的紫色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，紫色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图7。
实施例8 螺吡喃衍生物G-SP对玛瑙研钵中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的G-SP于玛瑙研钵中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待G-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的灰绿色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，灰绿图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图8。
实施例9 螺吡喃衍生物G-SP对碟形容器中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的G-SP于碟形容器中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待G-SP在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的灰绿色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，灰绿色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图9。
实施例10 二芳基乙烯衍生物F-DAE对玛瑙研钵中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的F-DAE于玛瑙研钵中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待F-DAE在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的蓝紫色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，蓝紫图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图10。
实施例11 二芳基乙烯衍生物F-DAE对碟形容器中不同有机溶剂表面的温度场进行显像
称取1-5mg的F-DAE于碟形容器中，加入3-5mL的有机溶剂，以二氯甲烷(DCM)、氯仿(CHCl3)、1，2-二氯乙烷(DCE)、四氢呋喃(THF)和乙酸乙酯(EtOAC)为例，待F-DAE在有机溶剂中全部溶解后，用紫外光进行刺激照射1s-5s，有机溶剂的表面出现不同形状的蓝紫色图案；将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。关闭紫外光，蓝紫色图案在可见光的作用下逐渐消失，至溶液变为无色，结果见图11。
实施例12 螺吡喃衍生物BS1-MCH对玛瑙研钵中二氯甲烷溶液表面的温度场进行显像
称取1-5mg的BS1-SP于玛瑙研钵中，加入3-5mL的二氯甲烷，待BS1-MCH全部溶解后，溶液呈现黄色。在直径约10cm的玻璃片上滴加适量三乙胺，待其均匀分布在玻璃片上后，将玻璃片盖在玛瑙研钵上约5s，二氯甲烷的表面出现“花瓣”状图案，且溶液颜色从黄色变为绿色。将玻璃片移走“花瓣”状图案在可见光的作用下逐渐消失，160s后，溶液的颜色从绿色变为了无色，结果见图12。

Claims (6)

1.一种流体表面温度场分布显示与检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将成像试剂溶解或分散在流体中；
b)刺激流体表面，使成像试剂发生颜色或荧光变化；
c)将产生的颜色或荧光进行采集图像，得到流体表面温度场分布图；
其中所述的成像试剂结构式如以下BS1-SP、BS2-SP、N-SP、 G-SP或F-DAE所示：
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刺激流体表面的刺激手段为光照、酸、碱、挥发性气体、电、磁、微波或等离子体刺激手段。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的光照刺激手段其光照波长范围200nm—1000nm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的光照刺激手段其光照波长范围200nm-600nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将如结构式BS1-SP、BS2-SP、N-SP、 G-SP或F-DAE成像试剂溶解在有机溶剂中；
b) 用波长范围200nm-600nm光照照射，有机溶剂的表面出现不同形状的图案；
c)将产生的图案进行采集图像，得到流体表面温度场分布图。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为二氯甲烷、1-溴丙烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、四氢呋喃、2-溴丙烷、乙酸乙酯、乙醇、乙醚、正戊烷、甲醇、丙酮、乙腈、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺。
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