在船舶压载水处理性能分析过程中,对样品中的目标物进行基于尺寸的分离、检测和计数有着迫切的需求。本文针对传统直流介电泳和阻抗检测中存在的高电压产生焦耳热效应和检测粒径范围受限等不足,开展了高电场梯度下颗粒与微藻同时分离与计数的研究,主要研究内容有:(1)设计了高电场梯度颗粒分离和计数的微流控芯片,数值模拟研究了高电场梯度颗粒阻抗脉冲检测和介电泳分离性能。研究结果表明:高通道宽度比(电场负极通道/检测口)提高了电场强度梯度,并且介电泳分离和颗粒检测效果均随检测口尺寸的增加而降低。在施加100V直流电的情况下,检测口宽度由1μm增加到5μm时,电场强度平方梯度(▽|E|2)由3.28×1019 V2/m3减小到4.48×1017V2/m3;在宽度一定的情况下,检测口长度由5μm增加到15μm时,▽|E|2最大值减少了59.1%。检测口长度由1μm增加到5μm电流相对变化(ΔI)量由5.015%减小为3.539%;检测口高度由5μm变为10μm时,检测口处▽|E|2最大值减少了16%,产生的ΔI由7.38%减小为3.01%。这是由于当检测口长度增加时,检测口的电阻增大,引起检测口内的电势降大,所以▽|E|2减小,通道内ΔI减小;当检测口宽度增加时,电场负极通道与检测口宽度比减小,所以▽|E|2减小,颗粒经过检测口引起的电阻变化量减小,所以通道内ΔI减小。(2)搭建了用于颗粒和微藻同时分离和计数的高电场梯度实验系统,开展了颗粒同时分离和检测的实验研究。实验结果表明:采用具有高电场梯度的非均匀电场可同时分离和检测多种不同尺寸的颗粒和微藻,分离和检测的精度可达到1μm。此外,通过降低检测区域的高度,进一步实现了直径为2μm和3μm混合颗粒的分离。当所有样品在聚焦通道作用下都沿主通道上壁向检测口运动,并且不发生颗粒聚团现象时,分离效率超过99%。本文提出的利用高通道宽度比实现高电场梯度并用于同时实现颗粒连续分离和计数的方法,具有结构简单、分离精度高且不易堵塞通道等优点,对于快速检测成分复杂的混合样品以及发展微流控芯片便携式仪器具有一定借鉴意义。