Roetmann, Karsten: Entwicklung optischer Feldmessverfahren zur Charakterisierung mikrofluidischer Mischungsvorgänge

Development of optical 2d measuring methods for characterisation of microfluidic mixing processes

Dissertation (PDF (.pdf), 7.751 KB) |

Schlüsselwörter
Mikrofluidik, MTV, optischer Fluss, Raman, Konzentrationsverteilung
micro fluidic, MTV, optical flow, Raman, concentration distribution

Sachgruppe der DNB
530 Physik
Basisklassifikation
33.05
Göttinger Online Klassifikation
RP

Dissertation zur Erlangung des Doktortitels, angenommen von: Georg-August-Universität Göttingen, Mathematisch-naturwissenschaftliche Fakultäten, 2008-03-28

Abstract (ENG)

The two dimensional Molecular Tagging Velocimetry (2D-MTV) is used to measure velocity fields of the flow in a micro mixer. Instead of commonly used micro particles an optical tagging of the flow is performed by using a caged dye. The pattern generation is done by imaging a mask for the first time. This allows to generate nearly any imaginable pattern. The flow induces a deformation of the optically written pattern that can be tracked by laser induced fluorescence. The series of raw images acquired in this way are analyzed quantitatively with a novel optical flow based technique. Reference measurements have been carried out allowing to draw conclusions about the accuracy of this procedure. A comparison to the standard technique of µPIV has also been conducted.
Apart from measuring flow velocities in microfluidic mixing processes, the spatial distribution of concentration fields for different species is also measured. To this end, a new technique has been developed that allows spatial measurements from Planar Spontaneous Raman Scattering (PSRS). The Raman stray light of the relevant species is spectrally selected by a narrow bandpass filter and thus detected unaffectedly by the Raman stray light of other species. The successful operation of this measurement procedure in micro flows will be demonstrated exemplary for a mixing process of water and ethanol.

Abstract (GER)

Die zweidimensionale Molecular Tagging Velocimetry (2D-MTV) wird zur Messung von Geschwindigkeitsfeldern der Strömung in einem Mikromischer verwendet. Anstatt der für gewöhnlichverwendeten Mikropartikel kommt ein Verfahren zur optischen Markierung der Strömung durch einen caged dye zum Einsatz. Mit dieser Methode ist es möglich nahezu jedes vorstellbare Muster zu generieren. Die Strömung induziert eine Verformung der optisch erzeugten Markierungen, die durch Laserinduzierte Fluoreszenz verfolgt werden können. Die auf diese Weise erzeugte Serie von Rohbildern werden quantitativ ausgewertet mit einer neuartigen Technik auf Basis der Methode des optischen Flusses. Um Aussagen zur Genauigkeit des Verfahrens treffen zu können wurden Referenzmessungen durchgeführt. Dabei wurde auch ein Vergleich mit der Standard Technik µPIV vorgenommen.
Neben der Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in mikrofluidischen Mischvorgängen wird die räumliche Konzentrationsverteilung für unterschiedliche Spezies gemessen. Zu diesem Zweck wurde eine neue Technik entwickelt, die die räumliche Messung von Planarer Spontaner Ramanstreuung (PSRS) erlaubt. Das Raman Streulicht der relevanten Spezies wird durch einen schmalbandigen Filter spektral selektiert und kann daher unbeeinflußt vom Ramanstreulicht anderer Spezies detektiert werden. Die erfolgreiche Andwendung dieses Messverfahrens auf Mikroströmungen wird am Beispiel des Mischvorgangs von Wasser und Ethanol demonstriert.

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