微流控技术自兴起以来,一直被化学、生物、电子和机械等领域的研究者们的广泛关注。由于微尺度效应导致了流体在微流控芯片内部通道中的流动不同于宏观体系的特点,同时也促使了很多不同于常规的无膜萃取分离技术的产生,促使了微流控芯片样品前处理技术的进一步发展。本文以微流控芯片液-液萃取为研究对象,从液液萃取的理论基础、工作原理、结构参数以及工作参数对流体流动的影响等方面进行分析,丰富了液液层流萃取的理论方法和研究经验。本工作的主要内容如下:首先,在不层流液-液萃取的萃取技术和理论基础上,提出了不同结构和方式进行萃取的方法,并建立了多相层流的基本原理。提出萃取溶剂和被萃取溶剂由于浓度梯度差的作用下,金属离子由浓度高的液相向浓度低的液相进行传质,并将微通道分为:准备阶段、混合阶段和分离阶段。通过在混合阶段增加辅助结构,使得流体由原本稳定的层流湍动程度加强,增加两相接触界面,从而增加液液萃取效率。其次,分析了微通道内部粗糙度对流体流动的影响。基于近似Derjaguin法的同时充分考虑表面能和Casimir效应,研究微通道内流体的流动机制和动力学特性,分析影响微流道内流体自搬运效率的因素,利用数值计算和实验相结合的方法揭示了微流道内流体的本构方程和流动控制方程,上述结论均经过验证是有效且可信的。结果表明,内壁粗糙度是影响微流道内部液体流动特性和连续自搬运效率的重要因素;当粗糙度等效齿数、等效齿高和等效齿倾角变化时,微流道内近壁面齿隙间的主旋涡和伴生涡都相应发生改变,引起自搬运效率发生相应变化。再次,分析了微通道内不同辅助结构和不同入口结构对液液萃取的影响。其中十字型辅助结构的萃取效果不稳定,而圆柱型辅助结构能有效提高微流控液-液萃取的萃取效率,因此添加适合的辅助结构呢能够让萃取效率提高;在不同入口结构条件下,比较入口流速、两相接触时间以及两相解释界面对萃取效率的影响,其中两相在微通道内占比对萃取效率影响微乎其微;两相接触时间为5-10 s内萃取效率较高;萃取效率随着接触界面的增加而提高,但是接触界面继续增大,萃取效率并没有太大的提升,因此根据第二章提出多相层流的基本原理可知:接触界面增大,微通道长度应缩短,否则容易发生反萃现象。最后,搭建了微流控芯片液-液萃取的实验台,介绍了液液萃取实验的实验设备,以及分析检测方法,并提出了做实验的注意事项。