2 结果与分析

2.1 不同外加电压条件下膜液荷质比变化

液体的荷电一般分为接触荷电、电晕荷电和感应荷电 3种方式,其中感应荷电具有安全易控等优点,因此本实验采用该方式为液滴荷电。电极环所带电压直接影响微量进样针针尖处电场场强大小，进而影响液体所带电荷量。本实验去离子水和明胶液滴感应荷电所产生的荷质比如表2所示。由表2可知，随着电源电压升高,去离子水和明胶液滴的荷质比均显著升高(P<0.05)，外加电压7kV时去离子水荷质比相较于1kV升高了6倍，而明胶溶液则升高了8~16倍。

李金等探究环形电极对喷雾感应荷电的影响时发现，外加电源电压从0kV升高至15kV时，液滴的荷质比会呈现先上升后下降的结果。这是由于当外加电压足够高时会击穿空气，产生与电源带相同电荷的离子，而带相反电荷的液滴与空气中的击穿离子结合则使液滴荷质比下降。本研究电源区间属于感应荷电区，且7kV电压无法击穿空气。

随着膜液中吐温20的减少和司盘20的增多，明胶液滴荷质比亦呈增高趋势(P<0.05)。张建桃等研究表明，介质的电导率改变会引起其荷电性能的改变。相同质量浓度下司盘20的物质的量浓度更高，导致溶液电导率及液滴荷质比增加更为明显。然而，与只添加吐温20的明胶溶液(tw100)相比，少量司盘20的添加(tw80)还会引起荷质比的显著减少(P<0.05)，推测这是由于溶液中吐温20与司盘20分子通过“经典疏水作用”在水溶液中优先结合，从而使溶液中总溶质相对浓度下降导致。

2.2 不同外加电压条件下膜液表面张力变化

表面张力是反应液体润湿性能的重要指标。一般来说，表面活性剂作为双亲分子能够使气-液、液-固间的表面张力显著降低。表面张力越小的液体越容易黏附在物体表面，呈现出更小的接触角和更优的润湿性能。通过改变外加电压，去离子水和明胶液滴的表面张力如表3所示。无论是去离子水还是明胶溶液，电源电压的升高均使液滴表面张力显著降低(P<0.05)。

相较于未施加电压膜液，当电压在7kV时明胶液滴表面张力下降超10%,其中tw0组在7kV时拥有最小的表面张力(31.38mN/m)。安建鹏研究了含有不同表面活性剂液滴在荷电之后的表面张力，发现表面活性剂的亲水基团会与水分子间形成氢键，从而影响液滴在静电场中的表面活性，使表面张力保持较高水平。本实验中所有表面张力数值均随电压的增大而减小，表明溶液中的氢键已达饱和，电压越高，明胶溶液表面活性越强，表面张力越小。相较于吐温20，司盘20分子含有更少的亲水基团、不易与水分子结合，且在水溶液表面排列更为紧密(排列密度约为吐温20的3倍)，这导致明胶液滴的表面张力随着司盘20占比的升高下降更为明显。