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Publicação
Development and validation of methods for determination of liquid properties, volume, and flow in microfluidic devices
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.16 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Microfluidic applications are increasing all over the world, and ensuring traceability, accuracy,
and precision of the quantities to be measured in microfluidic devices is crucial. That is why new cali-
bration methods in this relatively new field must be developed. Also, due to the small flow rates in-
volved, different relationships between forces and liquid properties must be studied.
This research focuses on understanding these interactions. Throughout this research it was stud-
ied how some liquid properties like contact angle, surface tension, and refractive index change when
different solids and liquids commonly used in the microfluidic world are involved and influence the
measurements of flow and volume. By doing so, the aim is to contribute to a better understanding of
these essential aspects in microfluidics, ultimately enhancing accuracy and precision in this field.
The research was conducted at the
Instituto Português da Qualidade spanning across three dis-
tinct laboratories: the
Laboratório de Comprimento, the
Laboratório de Propriedades de Líquidos, and
the
Laboratório de Volume e Caudal. The study employed a diverse range of methodologies, such as
the gravimetric method, interferometric method, the front track method and the Wilhelmy plate
method.
The primary objectives of this work consisted in determining the suitability and accuracy of those
methods to accurately measure flow, volume and liquid properties like the ones listed above.
It was found that, regarding flow rate measurements, the gravimetric method consistently
emerged as the superior approach, consistently delivering the most reliable outcomes. Furthermore, the
utilization of the Wilhelmy method for determining surface tension, and subsequently extrapolating the
static contact angle, exhibited great accuracy. However, when it came to dynamic contact angle meas-
urements, the results were characterized by increased uncertainty, particularly in the context of hyste-
resis.
As aplicações microfluídicas estão em crescimento em todo o mundo e garantir a rastreabilidade, precisão e exatidão das quantidades a serem medidas em dispositivos microfluídicos é crucial. É por isso que novos métodos de calibração neste campo relativamente novo devem ser desenvolvidos. Tam- bém, devido aos baixos caudais envolvidos, diferentes relações entre forças e propriedades líquidas devem ser estudadas. Esta pesquisa concentra-se em compreender essas interações. Ao longo desta dissertação, será estudado como algumas propriedades dos líquidos, como o ângulo de contato, a tensão superficial e o índice de refração, se alteram quando diferentes sólidos e líquidos comumente usados no mundo da microfluídica estão envolvidos e influenciam as medições de caudal e volume. Ao fazê-lo, o objetivo é contribuir para uma melhor compreensão destes aspetos essenciais na microfluídica, melhorando, em última análise, a precisão e a exatidão neste campo. A investigação foi conduzida no Instituto Português da Qualidade, abrangendo três laboratórios distintos: o Laboratório de Comprimento, o Laboratório de Propriedades de Líquidos e o Laboratório de Volume e Caudal. O estudo empregou uma ampla gama de metodologias, como o método gravimé- trico, o método interferométrico, o método front track e o método da placa de Wilhelmy. Os principais objetivos deste trabalho consistiram em determinar a adequação e precisão desses métodos para medir com precisão o fluxo, o volume e as propriedades líquidas, como as mencionadas acima. Verificou-se que, no que diz respeito às medições de caudal, o método gravimétrico consistente- mente emergiu como a abordagem superior, fornecendo resultados consistentemente confiáveis. Além disso, a utilização do método de Wilhelmy para determinar a tensão superficial e, posteriormente, ex- trapolar o ângulo de contato estático, apresentou grande precisão. No entanto, no que diz respeito às medições do ângulo de contato dinâmico, os resultados foram caracterizados por uma maior incerteza, particularmente no contexto da histerese.
As aplicações microfluídicas estão em crescimento em todo o mundo e garantir a rastreabilidade, precisão e exatidão das quantidades a serem medidas em dispositivos microfluídicos é crucial. É por isso que novos métodos de calibração neste campo relativamente novo devem ser desenvolvidos. Tam- bém, devido aos baixos caudais envolvidos, diferentes relações entre forças e propriedades líquidas devem ser estudadas. Esta pesquisa concentra-se em compreender essas interações. Ao longo desta dissertação, será estudado como algumas propriedades dos líquidos, como o ângulo de contato, a tensão superficial e o índice de refração, se alteram quando diferentes sólidos e líquidos comumente usados no mundo da microfluídica estão envolvidos e influenciam as medições de caudal e volume. Ao fazê-lo, o objetivo é contribuir para uma melhor compreensão destes aspetos essenciais na microfluídica, melhorando, em última análise, a precisão e a exatidão neste campo. A investigação foi conduzida no Instituto Português da Qualidade, abrangendo três laboratórios distintos: o Laboratório de Comprimento, o Laboratório de Propriedades de Líquidos e o Laboratório de Volume e Caudal. O estudo empregou uma ampla gama de metodologias, como o método gravimé- trico, o método interferométrico, o método front track e o método da placa de Wilhelmy. Os principais objetivos deste trabalho consistiram em determinar a adequação e precisão desses métodos para medir com precisão o fluxo, o volume e as propriedades líquidas, como as mencionadas acima. Verificou-se que, no que diz respeito às medições de caudal, o método gravimétrico consistente- mente emergiu como a abordagem superior, fornecendo resultados consistentemente confiáveis. Além disso, a utilização do método de Wilhelmy para determinar a tensão superficial e, posteriormente, ex- trapolar o ângulo de contato estático, apresentou grande precisão. No entanto, no que diz respeito às medições do ângulo de contato dinâmico, os resultados foram caracterizados por uma maior incerteza, particularmente no contexto da histerese.
Descrição
Palavras-chave
Contact angle flow rate microfluidics surface tension front track method Wilhelmy plate method