基于多角度光散射的微纳颗粒检测方法研究
光全散射测粒方法的实验研究
光全散射测粒方法的实验研究近年来我国快速发展的工业生产，同时也涌现出许多污染源，其中空气污染是最为严重的，其特征是PM10、PM2.5等粒子物质，因此，测定它们的含量就显得尤为重要。
而光全散射测粒方法（Aerosol Optical Density，AOD）的出现正好满足了这一需求。
那么，光全散射测粒方法是什么？它能发挥什么作用？光全散射测粒方法是一种利用光学特性来反应大气粒子物质浓度的测量方法，其特点是能够快速、准确、简便地测定大气中含有粒子物质的浓度，它依赖于大气中各种不同状态的空气污染物的反射率，可以提供对整个大气层中这些空气污染物的浓度总和的估算，通常是一种无分析测量方法。
上世纪八十年代，该方法首次面世，随着近十年来环境监测技术不断提高，它在大气粒子物质测量中越来越受到重视，而且如今已经发展成为衡量大气粒子物质浓度和污染水平的一种重要技术手段。
在实际应用中，光全散射测粒方法可应用于空气质量监测、大气污染预报、大气粒子物质的排放量估计等，它的重要性可见一斑。
首先，它可以用来实时检测大气中的PM10、PM2.5浓度，是一种快速、准确的空气质量监测方法；其次，它可以提供大气污染的短期变化趋势，即可以实现大气污染的预报；最后，它可以提供对空气污染的总体评估，以便估计大气污染来源的发射排放量。
在实验中，光全散射测粒方法通常采用两种常用的测量仪器：可见光、近红外光或多光谱仪，它们可以实现对空气中粒子物质的浓度测量，此外，还可以通过激光遥感技术，利用遥感数据对大气粒子物质的浓度进行定性、定量分析。
实验研究表明，这种光全散射测粒方法具有噪声低、快速测量、准确度高、无侵入性等优势。
光全散射测粒方法的应用已经在国内外广泛开展，它的出现极大地提高了大气质量监测和空气质量科学研究等方面的精确性和可靠性。
但是，光全散射测粒方法仍存在一定的局限性，比如，受到大气湿度、大气温度等气候条件的影响，同时也受到大气污染物的种类和形态的影响，随着大气污染物的不断增加，光全散射测粒方法的准确性也受到影响。
使用散射技术进行材料颗粒形貌分析的方法介绍
使用散射技术进行材料颗粒形貌分析的方法介绍一、引言散射技术是材料科学中常用的一种方法，可以用来研究材料的微观结构和形貌。
本文将介绍使用散射技术进行材料颗粒形貌分析的方法。
二、散射技术原理散射技术基于物质与入射辐射的相互作用。
当入射辐射与物质颗粒相互作用时，会发生散射现象。
根据入射辐射的性质和散射的方式，可以获得物质颗粒的形貌信息。
散射技术主要有两种类型：弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指入射辐射与物质颗粒相互作用时，仅改变其方向和能量，不改变其内部结构。
非弹性散射则会导致能量的转移和改变物质颗粒的内部结构。
三、散射技术在颗粒形貌分析中的应用1. X射线散射(X-ray scattering)X射线散射是一种常用的散射技术，可以用来研究颗粒的形貌。
通过测量散射光线的方向和强度，可以分析物质颗粒的大小、形状以及分布情况。
2. 中子散射(Neutron scattering)中子散射是一种散射技术，适用于研究原子核和颗粒的内部结构。
中子散射可以通过测量散射中子的动量和能量来获得颗粒的形貌信息。
3. 光散射(Light scattering)光散射是一种常用的散射技术，适用于研究微米级颗粒的形貌。
通过测量散射光线的强度和角度分布，可以获得颗粒的大小、分布情况以及形状信息。
四、使用散射技术进行材料颗粒形貌分析的步骤1. 样品制备首先需要制备一定数量的待分析样品。
样品的制备过程需要注意避免产生多余的杂质和不均匀性，以确保分析结果的准确性。
2. 散射实验设置根据不同类型的散射技术，需要进行相应的实验设置。
例如，对于X射线散射，需要选择合适的入射X射线能量和样品-探测器的距离。
3. 数据采集与处理在实验过程中，需要收集散射光线的强度和角度分布数据。
然后，将收集到的数据进行处理和分析，可以利用散射理论和相关软件对数据进行拟合和解析，得到颗粒的形貌信息。
4. 结果验证与解释最后，通过对分析结果进行验证和解释，可以判断样品中颗粒的形貌特征。
多角度光散射检测原理
多角度光散射检测原理多角度光散射检测是一种非常重要的光学研究技术，广泛应用于化学、物理、生物等领域的研究中。
在材料分析、质量控制、环境检测以及生物学研究等领域，多角度光散射检测都具有重要的应用。
多角度光散射检测是用来研究透明或半透明介质中被散射物的大小、分布、结构及其相对浓度。
在多角度的光散射检测中，光源照射到样品上后，被样品散射的光会沿各个不同的方向散射，被检测器所接收到的光强度与入射光强度之比就是光散射的强度。
通过检测不同方向的光散射量，我们可以了解样品中的物质分布、粒径、浓度等信息。
1. 材料分析多角度光散射检测可用于材料分析，例如通过多角度光散射检测可以评价高分子材料的分布性、晶化度及其相结构。
有机高分子材料中存在许多微观孔隙，这对于材料的可靠性会产生重要影响。
通过多角度光散射技术，可以评价这些孔隙的分布，并研究孔隙大小与位置对性能的影响，以辅助材料的设计和开发。
2. 质量控制在制造相关行业，多角度光散射技术也用于质量控制。
多角度光散射检测可以用来监控烟雾颗粒的大小和数量。
通过这种技术，可以对烟雾颗粒的大小分布、形状、表面形态等作出更准确的描述，进而改进产品质量和生产工艺。
3. 环境检测多角度光散射技术还可以应用于环境检测，例如空气中颗粒物的分析和在水中沉积物的形态研究等。
在环境检测中，多角度光散射技术可以用于监测空气中PM2.5、PM10等细颗粒物的浓度和分布，以便及时采取相应的治理措施。
4. 生物学研究多角度光散射检测技术在生物学研究中也有很大的应用。
通过多角度光散射技术可以研究生物分子的结构以及分子在液体中的聚集和自组装情况。
同时也可用于研究细胞形态、大小及其在不同条件下的变化等。
总结多角度光散射检测技术具有广泛的应用场景，既可应用于材料科学的研究，也可以应用于生物学、环境科学等领域。
多角度光散射检测技术的发展将推动微观科学领域的技术进步，有助于改进国家相关产业的生产工艺和质量控制水平，为人类社会的发展做出应有的贡献。
粒径及zeta电位实验原理
粒径及zeta电位实验原理一、引言粒径及zeta电位是纳米颗粒表征中最常用的两种参数，它们能够反映纳米颗粒的大小和表面电荷特性，对于纳米材料的研究具有重要的意义。
本文将详细介绍粒径及zeta电位实验原理。
二、粒径实验原理1.动态光散射法（DLS）动态光散射法（Dynamic Light Scattering， DLS）是一种常用的测量纳米颗粒粒径分布的方法。
其基本原理是利用激光散射现象，通过测量散射光强度随时间变化的自相关函数来计算出颗粒在溶液中的有效半径分布。
该方法适用于测量直径在几纳米到几微米之间的颗粒。
2.静态光散射法（SLS）静态光散射法（Static Light Scattering， SLS）是一种通过测量溶液中颗粒对入射激光束进行非弹性散射而得到样品分子量和分子大小信息的技术。
该方法适用于大分子或聚合物等高分子材料。
三、zeta电位实验原理1.电泳光散射法（ELS）电泳光散射法（Electrophoretic Light Scattering， ELS）是一种通过测量颗粒在外加电场下的运动速度和其所受到的电荷数目来计算出颗粒表面电荷特性的方法。
该方法适用于测量直径在几纳米到几微米之间的颗粒。
2.激光多角度光散射法（MALS）激光多角度光散射法（Multi-Angle Light Scattering， MALS）是一种通过测量样品对入射激光束进行非弹性散射而得到样品分子量和分子大小信息的技术。
该方法适用于大分子或聚合物等高分子材料。
四、实验操作流程1.样品制备：将需要测试的样品溶解在适当溶剂中，并进行必要的稀释。
2.仪器预热：打开仪器并进行预热，保证仪器处于稳定状态。
3.参数设置：根据实验要求，设置相应的参数，如激光波长、探测角度等。
4.测试操作：将样品注入测试池中，并启动测试程序。
5.数据处理：根据实验结果进行数据处理和分析，如计算粒径分布、zeta电位等参数。
五、实验注意事项1.样品制备应注意避免气泡的产生和溶剂的挥发。
动态光散射法测定纳米材料粒度的比对实验
动态光散射法测定纳米材料粒度的比对实验王荷蕾;高原;张涛;周素红;王孝平【摘要】对纳米材料粒度的检测是研究纳米材料及相关产品性能的重要手段之一,不同实验室之间测试结果的比对将有助于了解和掌握目前国内对纳米材料粒度的检测能力和水平.比对实验选用动态光散射法,对10台不同型号的仪器的测量结果用Z比分数法进行评价.结果表明:使用动态光散射法测定纳米材料粒度方法可行,参与比对实验室目前的检测水平基本上可为相关科研单位或生产厂家提供较准确的粒度检测结果.%bench simulating; sliding performance; sliding distance; sliding resistance; blocking force; blocking force of vehicle wheel【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2011(037)006【总页数】4页(P17-20)【关键词】纳米粒度;实验室比对;Z比分数法;动态光散射【作者】王荷蕾;高原;张涛;周素红;王孝平【作者单位】国家纳米科学中心,北京100190;北京市理化分析测试中心,北京100089;北京市理化分析测试中心,北京100089;北京市理化分析测试中心,北京100089;国家纳米科学中心,北京100190【正文语种】中文【中图分类】O436.3;TQ325.20 引言纳米检测技术是一项新兴的前沿技术，包括粒度大小、材料的光学性能和电学性能等测量技术。
作为衡量一种材料是否属于纳米材料的重要技术指标，纳米粉末粒度测量技术的研究在纳米测量方面有着重大意义。
动态光散射法（DLS）是基于布朗运动的测量光强随时间起伏变化规律的一种技术。
其基本原理为：被测样品颗粒以适当的浓度分散于液体介质中，一单色激光光束照射到此分散体系，被颗粒散射的光在某一角度被连续测量。
由于颗粒受到周围液体中分子的撞击作布朗运动，检测器探测到的散射光强度将不断地随时间变化，进而反演出其粒径大小及分布[1-3]。
纳米材料粒度测试方法大全
纳米材料粒度测试方法大全纳米材料粒度测试是纳米材料研究和应用中非常重要的一项工作，通过准确测量纳米材料的粒度可以了解其物理性质和化学性质，为纳米材料的合成、应用和性能优化提供数据支持。
下面将介绍几种常用的纳米材料粒度测试方法。
1.扫描电子显微镜(SEM)：SEM是一种通过扫描纳米材料表面的高能电子束来观察和测量纳米材料粒度的方法。
该方法具有分辨率高、测量精度高、对纳米材料样品无需特殊处理等特点。
通过SEM观察到的纳米材料外观图像可以用于测量粒径、形貌和分布等参数。
2.透射电子显微镜(TEM)：TEM是一种通过透射电子束观察纳米材料内部结构的方法，也可用于测量纳米材料的粒度。
TEM具有高分辨率，可以观察到纳米尺度的细节。
通过对TEM图像的分析，可以根据纳米材料的投影面积和长度等参数来计算纳米材料的粒径。
3.动态光散射(DLS)：DLS是一种通过检测纳米材料颗粒在溶液中的布朗运动来测量纳米材料粒度的方法。
它利用激光束照射纳米颗粒溶液，测量散射光的强度和角度分布，从而得到纳米材料的尺寸分布。
DLS具有非接触式测量、快速、方便等特点，适用于纳米材料的溶液或悬浮液样品。
4.X射线衍射(XRD)：XRD是一种通过测量材料晶体的衍射角度来确定晶体结构和晶粒尺寸的方法。
对于具有晶体结构的纳米材料，可以通过XRD图谱的峰宽来估算晶粒尺寸。
XRD具有无损测量、精度高等特点，适用于晶体结构明确的纳米材料。
5.傅里叶红外光谱(FTIR)：FTIR是一种通过测量纳米材料在红外波段的吸收光谱来研究纳米材料结构和成分的方法。
纳米材料的粒度也可以通过红外吸收峰的强度和位置进行定性和定量分析。
FTIR具有所需样品量少、分辨率高等特点，适用于纳米材料的表面分析和组成分析。
6.水中悬浮液测定法：将纳米材料置于水中制备悬浮液，通过测量悬浮液的光学性质如透光率等，可以间接测得纳米材料的粒度。
该方法操作简单、快速，可用于大量样品的测量。
7.气相吸附法：纳米材料的比表面积可以通过气相吸附法来测量。
纳米颗粒的尺寸分布测量
纳米颗粒的尺寸分布测量纳米颗粒作为一种特殊的材料，具有许多独特的性质和应用。
然而，纳米颗粒的尺寸分布对于其性能和应用至关重要。
因此，准确测量纳米颗粒的尺寸分布成为了研究和应用中的重要问题。
纳米颗粒的尺寸通常用直径来描述，而纳米颗粒的尺寸分布则是指颗粒直径在一定范围内的分布情况。
测量纳米颗粒的尺寸分布可以通过多种方法来实现。
其中，常用的方法包括电子显微镜观察、动态光散射技术、激光粒度仪等。
电子显微镜是一种常用的观察纳米颗粒的工具，其通过高分辨率的图像可以直接观察到纳米颗粒的形貌和尺寸。
通过对大量颗粒的观察和测量，可以得到纳米颗粒的尺寸分布。
然而，电子显微镜观察需要样品制备和显微镜操作的专业知识，操作复杂且耗时，同时也有可能对样品造成损伤。
动态光散射技术是一种常用的测量纳米颗粒尺寸分布的方法。
该技术通过测量纳米颗粒在溶液中的散射光强度来推断颗粒的尺寸分布。
通过光散射的原理，可以得到颗粒的尺寸信息。
这种方法操作简单，快速高效，适用于大批量样品的测量。
然而，动态光散射技术在测量过程中需要考虑到颗粒的形状和折射率等因素的影响，同时对于非球形颗粒的测量精度较低。
激光粒度仪是一种常用的测量纳米颗粒尺寸分布的工具。
该仪器通过激光束穿过样品，测量散射光的角度和强度来推断颗粒的尺寸分布。
激光粒度仪操作简单，测量速度快，适用于大批量样品的测量。
与动态光散射技术相比，激光粒度仪对于形状和折射率的影响较小，测量精度较高。
然而，激光粒度仪的测量范围有限，对于较小尺寸的纳米颗粒可能无法准确测量。
除了以上常用的方法外，还有一些其他的方法可以用于纳米颗粒尺寸分布的测量，如离心法、X射线衍射法等。
这些方法各有优缺点，可以根据实际需求选择合适的方法进行测量。
总结起来，纳米颗粒的尺寸分布测量是纳米材料研究和应用中的重要问题。
不同的测量方法有各自的优势和适用范围，可以根据实际需求选择合适的方法进行测量。
随着纳米技术的不断发展，尺寸分布测量技术也在不断进步，相信未来会有更加准确和高效的测量方法出现，为纳米颗粒的研究和应用提供更好的支持。
溶液中纳米颗粒含量的测定方法
溶液中纳米颗粒含量的测定方法
测定溶液中纳米颗粒含量的常用方法包括以下几种：
1. 动态光散射（Dynamic Light Scattering，DLS）：通过测定纳米颗粒在溶液中的布朗运动引起的光散射强度变化，计算出纳米颗粒的尺寸和浓度。
2. 静态光散射（Static Light Scattering，SLS）：利用溶液中纳米颗粒在激光照射下产生的散射光强度与纳米颗粒浓度之间的关系，推算出纳米颗粒的含量。
3. 电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）：通过将溶液中的样品制备成超薄切片，使用电子显微镜观察纳米颗粒数量和分布情况，进而间接推测出纳米颗粒的含量。
4. 原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）：使用溶液中纳米颗粒的原子力显微镜图像，通过粒子统计方法计算纳米颗粒的数量和浓度。
需要注意的是，每种测定方法都有其适用范围和限制条件，在选择测定方法时需要考虑纳米颗粒的性质和实验条件。
此外，为确保测量结果的可靠性，通常需要进行多次重复实验并系统地评估不确定度。
举例说明纳米微粒尺寸常用的方法
举例说明纳米微粒尺寸常用的方法纳米微粒尺寸的测量方法有很多种，下面将介绍常用的10种方法。
1. 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）TEM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它通过透射电子束来观察样品的微观结构，可以直接测量纳米级颗粒的尺寸。
2. 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）SEM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它通过扫描电子束来观察样品的表面形貌，可以间接推测纳米级颗粒的尺寸。
3. 动态光散射（Dynamic Light Scattering，DLS）DLS是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它利用光散射的原理，通过测量散射光的强度和时间的变化，来推测颗粒的大小和分布。
4. X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）XRD是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它利用材料对X射线的衍射来推测颗粒的晶格结构和尺寸。
5. 原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）AFM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它通过探针与样品表面进行相互作用，测量力的变化来推测颗粒的尺寸。
6. 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy，STM）STM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它利用电子的隧穿效应，通过探针与样品表面的距离变化来推测颗粒的尺寸。
7. 粒度分析仪粒度分析仪是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它通过测量样品中颗粒的沉降速度、散射光强度等参数，来推测颗粒的尺寸。
8. 静态光散射（Static Light Scattering，SLS）SLS是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
它利用光散射的原理，通过测量散射光的强度和角度的变化，来推测颗粒的大小和分布。
9. 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）红外光谱是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。
纳米颗粒表征实验方法与技巧
纳米颗粒表征实验方法与技巧随着纳米科技的快速发展，纳米颗粒表征成为了研究和应用领域中一项重要的任务。
纳米颗粒表征是指对纳米颗粒的大小、形状、结构、表面性质以及其他相关属性进行精确测量和评估的过程。
有效的纳米颗粒表征实验方法与技巧对于研究和应用纳米材料具有重要意义。
本文将介绍几种常见的纳米颗粒表征实验方法与技巧。
一、粒径分析纳米颗粒的粒径分析是纳米颗粒表征中最基本的一项工作。
粒径分布对于纳米颗粒的物理性质和应用可能起到决定性作用。
目前常用的纳米颗粒粒径分析方法包括动态光散射（DLS）、静态光散射（SLS）、透射电镜（TEM）以及场发射扫描电子显微镜（FESEM）等。
动态光散射（DLS）是一种非侵入性、实时测量纳米颗粒粒径的技术。
它通过测量纳米颗粒在溶液中受到的热运动引起的散射光强变化来确定颗粒的粒径大小。
静态光散射（SLS）则是在透射光或反射光下，测量散射光强与颗粒直径的关系，并借助距离和散射角度关系的模型计算颗粒的粒径。
透射电镜（TEM）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）则通过电子束的照射，利用电子的衍射现象和投影成像原理来观察纳米颗粒的结构和形貌，并进行粒径测量。
这些方法的优点在于能够获得高分辨率的显微图像和准确的纳米颗粒粒径。
二、表面性质分析纳米颗粒表面性质对其在多种领域的应用起着重要作用。
纳米颗粒的表面性质可以通过高分辨电子能谱（HREELS）、X射线光电子能谱（XPS）以及红外光谱等方法进行分析。
高分辨电子能谱（HREELS）是一种通过测量电子在表面与振动分子之间的能量损失来分析表面结构和反应的技术。
它被广泛应用于研究纳米颗粒的表面化学反应和表面态的变化。
X射线光电子能谱（XPS）则通过测量材料的光电子发射谱来分析样本的表面成分。
这种分析方法对于研究纳米颗粒的表面元素和元素化合物的组成非常有用。
红外光谱则通过测量样品在红外波段的吸收和散射来分析纳米颗粒的表面化学键和官能团。
红外光谱可以提供有关纳米颗粒表面上化学键和官能团类型的信息。
动态光散射仪测定纳米氧化铈粒度的研究
动态光散射仪测定纳米氧化铈粒度的研究刘润静,孙烨,刘兴,张珊珊,赵华(河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050018)摘要:采用动态光散射仪对纳米氧化铈的粒度做了测定条件研究,首先考察了超声时间对粒度测定结果的影响。
以此为基础,考察了分散介质、分散剂及其用量、纳米氧化铈固含量等因素对粒度测定的影响,从而确定了测定纳米氧化铈粒度的最佳条件,即超声处理时间为10min 、分散介质为甲醇、分散剂为十二烷基苯磺酸钠(质量浓度为0.4g/L )、纳米氧化铈固体质量分数为0.015g/L 。
在此条件下,氧化铈样品动态光散射的测试结果与扫描电镜表征结果基本一致。
关键词:动态光散射;氧化铈;分散剂中图分类号:TQ133.13文献标识码:A文章编号:1006-4990(2018)11-0063-04Study on determination of particle size of nano ⁃sized CeO 2by dynamic light scatteringLiu Runjing ,Sun Ye ,Liu Xing ,Zhang Shanshan ,Zhao Hua(College of Chemical &Pharmaceutical Engineering ,Hebei University of Science and Technology ,Shijiazhuang 050018,China )Abstract :The research has been made on the determination conditions of particle size of nano ⁃sized CeO 2by dynamic lightscattering apparatus.The influence of ultrasonic time on determination result was firstly studied.On the basis of that ,the effects of dispersion medium ,dispersants and its dosage ,and content of nano ⁃sized CeO 2solution on particle size analysis were in ⁃vestigated.The optimum determination conditions were obtained as follows :the ultrasonic dispersing time was 10min ,disper ⁃sion medium was methyl alcohol ,sodium dodecyl benzene sulfonate with mass concentration of 0.04g/L as the dispersant ,and the mass concentration of nano ⁃sized CeO 2solution was 0.015g/L.Under the optimal conditions ,the measured results of lasergrainsize analyzer were basically in correspondence with the characterization results of scanning electron microscopy.Key words :dynamic light scattering ;cerium oxide ;dispersant.氧化铈是稀土元素铈中最稳定的氧化物,是淡黄或黄褐色粉末。
粒度测试的基本常识
粒度测试的基本常识1粒度测试，是通过特定的仪器和方法对粉体粒度特性进行表征的一项实验工作。
粉体在我们日常生活和工农业生产中的应用非常广泛。
如面粉、水泥、塑料、造纸、橡胶、陶瓷、药品等等。
在的不同应用领域中，对粉体特性的要求是各不相同的，在所有反映粉体特性的指标中，粒度分布是所有应用领域中最受关注的一项指标。
所以客观真实地反映粉体的粒度分布是一项非常重要的工作。
下面具体讲一下关于粒度测试方面的基知识和基本方法。
1基本知识颗粒在一尺寸范围内具有特定形状的几何体。
这里所说的一尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。
粉休由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。
粒度颗粒的大小叫做颗粒的粒度。
粒度分布用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。
有区间分布和累计分布两种形式。
区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。
累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。
粒度分布的表示方法①表格法：用表格的方法将粒径区间分布、累计分布一一列出的方法。
②图形法：在直角标系中用直方图和曲线等形式表示粒度分布的方法。
③函数法：用数学函数表示粒度分布的方法。
这种方法一般在理论研究时用。
如著名的Rosin-Rammler分布就是函数分布。
粒径和等效粒径2粒径就是颗粒直径。
这概念是很简单明确的，那么什么是等效粒径呢，粒径和等效粒径有什么关系呢？我们知道，只有圆球体才有直径，其它形状的几何体是没有直径的，而组成粉体的颗粒又绝大多数不是圆球形的，而是各种各样不规则形状的，有片状的、针状的、多棱状的等等。
这些复杂形状的颗粒从理论上讲是不能直接用直径这个概念来表示它的大小的。
而在实际工作中直径是描述一个颗粒大小的最直观、最简单的一个量，我们又希望能用这样的一个量来描述颗粒大小，所以在粒度测试的实践中的我们引入了等效粒径这个概念。
等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒相同或相近时，我们就用该球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径。
动态光散射技术检测中药注射剂微粒粒径
动态光散射法测量中药注射剂微粒粒径研究进展摘要本文介绍了动态光散射法测量中药注射剂微粒粒径的原理、适用范围及其优缺点。
文中介绍了动态光散射法测量微粒粒径的发展趋势并简单总结了微粒粒径检测技术的发展现状。
动态光散射法具有不破坏、不干扰体系原有状态的特点，特别适合工业大规模生产中产品粒径的检测。
关键词动态光散射法 DLS 微粒粒径Abstrat The passage mainly introduced the principles, applications, advantages and disadvantages of Dynamic Light Scattering in measuring size of Traditional Chinese Medicine. The development and trends of DLS in measuring nanoparticle size are also mentioned in this paper. DLS has the virtues of measuring nanoparticle size without destroying and disturbing the intrinsic state of the system, which is a preferred and suitable method for measuring the size of industrial products.Key words Dynamic Light Scattering DLS nanoparticle size动态光散射测量法(Dynamic Light Scattering，DLS)作为一种非侵入性检测技术，可以准确、快速地测量溶液或悬浮液中生物分子和纳米颗粒的流体学半径和粒度分布，因而被广泛应用在制药、生物医药等领域。
中药注射剂起效快、作用强，尤其在危重疾病急救和感染性疾病、心血管疾病、恶性肿瘤等疾病的治疗上有一定的优势。
纳米颗粒在溶液中分散的表征方法
纳米颗粒在溶液中分散的表征方法纳米颗粒是一种具有特殊性质的材料，其在溶液中的分散状态对其性质和应用具有重要影响。
因此，准确表征纳米颗粒在溶液中的分散状态是纳米材料研究的重要内容之一。
本文将介绍几种常用的纳米颗粒在溶液中分散的表征方法。
一、动态光散射法（DLS）动态光散射法是一种常用的纳米颗粒分散状态表征方法。
该方法通过测量纳米颗粒在溶液中的布朗运动，得到纳米颗粒的尺寸分布和分散状态。
该方法具有非常高的精度和灵敏度，可以测量纳米颗粒的尺寸分布、聚集状态、稳定性等参数。
但是，该方法只能测量纳米颗粒的尺寸分布，对于形态、结构等信息无法提供。
二、透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，可以观察到纳米颗粒的形态、结构和分散状态。
该方法需要将纳米颗粒制备成薄膜或散布在网格上，然后通过电子束穿透样品，得到高分辨率的图像。
该方法可以直接观察到纳米颗粒的形态和结构，对于纳米颗粒的分散状态也有一定的判断能力。
但是，该方法需要制备样品，操作复杂，且只能观察到局部区域，不能得到全局信息。
三、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常用的表面形貌观察方法，可以观察到纳米颗粒的形态和分散状态。
该方法通过扫描电子束扫描样品表面，得到高分辨率的图像。
该方法可以观察到纳米颗粒的形态和分散状态，对于表面形貌的观察非常有优势。
但是，该方法只能观察到表面形貌，对于纳米颗粒的内部结构和分散状态无法提供信息。
四、紫外-可见吸收光谱法（UV-Vis）紫外-可见吸收光谱法是一种常用的纳米颗粒分散状态表征方法。
该方法通过测量纳米颗粒在紫外-可见光谱范围内的吸收光谱，得到纳米颗粒的尺寸分布和分散状态。
该方法可以测量纳米颗粒的尺寸分布、聚集状态、稳定性等参数，对于纳米颗粒的分散状态有一定的判断能力。
但是，该方法只能测量纳米颗粒的尺寸分布，对于形态、结构等信息无法提供。
综上所述，纳米颗粒在溶液中分散的表征方法有多种，每种方法都有其优缺点。
颗粒粒径检测技术应用研究进展
颗粒粒径检测技术应用研究进展张宇萌㊀陈显莹㊀张㊀洋㊀王岩磊㊀王㊀博∗(兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃省细颗粒物污染控制技术与装备工程研究中心,兰州730000)摘要:颗粒态物质的尺寸测量研究在环境㊁能源㊁材料㊁化工等领域中变得越来越重要,相关的技术和仪器正在不断地开发和改进,以满足当前研究和工业应用对精度和其它方面的要求㊂将粒径测量技术分为采样法和非采样法两种,重点调研了目前广泛应用的非取样法检测技术,包括单颗粒光散射粒径测量法㊁激光干涉成像法㊁激光粒度法㊁激光空气动力学法㊁超声法㊁激光相位多普勒法和图像法㊂全面总结比较了原理组成㊁量程㊁优劣势等特点,同时也回顾了在研究和实际应用中发挥的作用,并分析了在环境监测和细颗粒物研究领域的应用潜力㊂关键词:细颗粒;气溶胶;粒径检测;非采样法;环境监测REVIEW OF METHODS AND APPLICATIONS OF THE PARTICLE SIZEMEASUREMENT TECHNOLOGIESZhang Yumeng㊀Chen Xianying㊀Zhang Yang㊀Wang Yanlei㊀Wang Bo ∗(Gansu Engineering Center of Technology and Equipment for Fine Particles Pollution Control,Key Laboratory ofWestern China s Environmental Systems,Ministry of Education,College of Earth and Environmental Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China)Abstract :Particle size measurement technology is becoming more and more significant in the fields of environment,energy,materials,chemical industry and so on.Consequently,technologies and instruments are constantly developed and improved tomeet the requirements of current research and industrial application on precision and other aspects.In this paper,the particlesize measurement technologies were divided into sampling method and non-sampling method,in addition the widely used non-sampling method was mainly investigated,including single-particle light-scattering method,laser interference imaging method,laser particle size method,laser aerodynamic method,ultrasonic method,laser phase doppler technology and image method.Furthermore,a comprehensive summary which compared their principle composition,measurement range,advantages were presented,as well their applications in research and industrial fields.These measurement technologies would play an essential role in the future research of fine particle control and environmental protection.Keywords :fine particle;aerosol;size measurement;non-sampling method;environment monitoring㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2020-03-10基金项目:甘肃省重点研发项目(18YF1GA103-2018);中央高校基本科研业务费项目(lzujbky-2019-it29)㊂第一作者:张宇萌(1993-),男,博士,主要研究方向为大气颗粒物治理技术㊂zhangym2015@∗通信作者:王博(1978-),男,博士,教授,主要研究方向为大气污染控制以及旋流分离工程㊂wangbo@0㊀引㊀言颗粒状的物质在人们生活生产中随处可见,固相颗粒包括自然界中的沙土㊁灰尘㊁气溶胶以及生产的药物㊁催化剂等各种各样的粉末颗粒,液相颗粒如雨滴㊁喷雾等,气相颗粒如空穴㊁气泡等㊂颗粒在环境㊁能源㊁材料㊁化工等领域中的作用至关重要,对其检测的研究也受到了众多学者的关注㊂颗粒相的测量参数主要有3类,1)颗粒粒径㊁位置㊁形貌等几何参数;2)速度㊁加速度等运动参数;3)温度㊁浓度等热力学参数[1]㊂其中,颗粒粒径是最为关键的参数之一[2,3]㊂至今已经有很多粒径测量方法被提出㊂按照测量方式,可以将其分为取样法以及非取样法两大类,具体分类及技术如图1所示㊂取样法需要将颗粒物采样后再进行粒度检测,这些方法都存在需要先行收集颗粒的缺点,这无疑破坏了颗粒的流动状态,可能存在误差,而且不能用于液滴㊁气泡等颗粒状物质的粒度检测㊂相比之下,非采样法可以在环境中直接检测颗粒㊂本文就主流的非采样粒度检测法进行介绍,包括原理㊁应用以及近些年的发展和研究,总结对比其优势及局限性,并展望粒度检测设备发展的方向和前景㊂图1㊀颗粒粒度检测技术分类1㊀技术介绍1.1㊀单颗粒光散射粒径测量方法1)测量原理㊂单颗粒光散射粒径测量法利用光散射原理,通过测量颗粒物受光照射后所发出的散射光信号大小来测量颗粒的粒径分布和浓度,其组成和工作原理如图2所示㊂由于具有测量速度快㊁重复性好及适于在线测量等优点而被广泛应用㊂目前使用较广泛的产品有国产OPC-06㊁美国TSI 公司OPC 9500㊁美国TSI 公司OPS 3330等,这些设备都是采用激光作为光源,保证信号强度和灵敏度㊂图2㊀单颗粒光散射粒径测量法的组成和原理2)应用研究进展㊂最早的光散射法光学颗粒计数器,由白光照明可针对低浓度颗粒物进行数量和尺寸分布的测量[4]㊂随着激光等技术的进步,发展出了光学粒径谱仪等仪器,除了颗粒计数㊁粒径分布测量功能外,还能得出质量浓度㊂目前使用这些仪器的应用包括:海洋大气气溶胶粒子数浓度时空分布和粒径谱特征[5];空气中颗粒污染物粒径分布[6];洁净室洁净度级别评价[7];衡量除尘器的去除效率[8];激光烧蚀过程中粒径分布的演变[9]等㊂单颗粒光散射测量法可以方便㊁快速㊁准确的得到测量区域的粒径分布和数量浓度,但其粒径测量范围多在0.1~25μm,在上述研究中该仪器也常与其它不同量程的粒度分布测量方法联用㊂3)单颗粒光散射粒径测量法优势在于:①测量重复性好,对标准颗粒的测量重现性偏差可以限制在1%~2%;②测量速度快,一次测量可以在1min 内完成,实时性好㊂③智能化程度高,操作简单,且体积小,便于携带㊂劣势在于:①粒径检测量程小,一般为0.1~25μm;②需要对仪器进行周期性标定;③受环境湿度影响较大㊂1.2㊀激光干涉成像方法1)测量原理㊂激光干涉成像测量法是利用散射光的干涉图像,从中提取粒子信息,其装置和原理如图3所示㊂由于干涉测量主要依靠干涉粒子条纹图的频谱信息,而条纹数与照明光强无关,因此干涉测量方法要比基于强度的测量方法具有更高的测量精度㊂除此之外,激光干涉成像测量所用到的信息提取技术对图像处理速度较快,该技术对于颗粒的在线测量方面具有很大潜力㊂图3㊀激光干涉成像测量原理2)应用研究进展㊂激光干涉成像测量技术由于具有不干扰粒子场㊁测量精度高等特点,在粒子场的尺寸和速度测量领域得到了广泛的关注,包括平面Mie 散射干涉仪㊁干涉激光粒子尺寸成像技术㊁Mie 散射成像技术和平面粒子图像分析等㊂近些年来,利用其开展的研究领域主要包括对喷雾液滴[10]㊁气泡[11]㊁冰核[12]以及单个液滴蒸发[13]的测量㊂为了进一步实现粒子测量过程的优化,针对高浓度场测量等场景也开展了进一步的研究[14,15]㊂3)激光干涉成像测量技术优势在于:①可以直观地反映两相流流场的粒径在不同区域的分布规律;②能够精确到纳米;③具有在线测量潜力㊂劣势在于:①对传感器摆放角度有较高的要求;②图像信息提取的准确度会对高浓度粒子场的测量产生影响㊂因此,通过改进粒子信息提取算法来提高其测量精度是它在粒子场的粒径及分布的测量研究关键的技术问题之一㊂1.3㊀激光粒度法1)测试原理㊂激光衍射/散射测量技术也称为小角激光光散射测量技术,其原理是平行光照射到待测粒子群发生衍射现象,衍射散射光的强度分布与测量区域中被照射的粒子直径和粒子数有关,探测器接收散射光强度信号并传送给计算机,进而解出被测粒子的平均粒径及尺寸分布㊂激光粒度分析仪[16]就是根据该原理开发出来的㊂其基本结构如图4所示㊂图4㊀激光粒度分析仪的结构原理2)应用研究进展㊂激光粒度仪以激光作为探测光源,具有测量范围宽㊁测量速度快㊁非接触在线测量㊁重复性好等一系列优点,其中一些已经被商业仪器所采用,广泛应用于化工㊁制药㊁建筑㊁冶金㊁水文㊁地质等各个领域㊂激光粒度仪的国外厂商主要包括英国Malvern㊁德国Sympatec㊁美国Microtrac 以及英国XOPTIX 公司等㊂近几年,中国丹东百特㊁济南微纳㊁珠海欧美克,英国Malvern 和XOPTIX,美国PPS,德国Sympatec 等激光粒度仪厂家都推出了粉体在线激光粒度分析仪㊂3)激光粒度仪优势在于:①可实现从亚纳米到微米测量范围;②操作简便且测试速度快;③测量结果重复性和真实性好㊂劣势在于:①分辨率低;②校准困难㊂表1总结了目前使用较多的激光粒度仪型号和应用领域㊂未来激光粒度仪的发展趋势:一方面是提高测量准确度以及增强复杂信号的处理能力,另一方面则是提升仪器的智能化和模块化水平㊂1.4㊀激光空气动力学粒径检测法1)测试原理㊂在混有气溶胶颗粒的加速气流中,由于不同粒径颗粒的惯性不同,会产生不同的加速度㊂每个颗粒通过加速气流后进入已知间距的两束激光会产生两个连续的散射光信号,之后转换为电㊀㊀表1㊀国内外激光粒度分析仪对比品牌型号/系统测试范围/μm 测量方式应用领域英国Malvern MS20000.02~2000离线水文泥沙㊁地质土壤英国Malvern MS30000.01~3500丹东百特BT30000.01~3500英国XOPTIX TRUEWAY-XOPTIX 0.1~1100在线水泥㊁石油㊁化工㊁建材德国Sympatec MYTOS&TWISTE 0.25~3500在线工业粉尘㊁医药生产美国PPS 780online0.15~2500在线分散体在线粒径检测和监控济南微纳Winner73030.1~300在线水泥粉磨㊁分级生产过程丹东百特BT-online 0.1~1000在线食品㊁粉体㊁水泥㊁精细化工英国Malvern Insitec 0.5~1000在线制药㊁水泥㊁矿物㊁粉末涂料㊁金属粉末英国Malvern Spraytec 0.1~2500在线液体喷雾珠海欧美克DP-021~1500在线液体喷雾脉冲信号,这两个连续的电脉冲信号间隔即为颗粒的飞行时间㊂基于不同粒径的颗粒的飞行时间不同,可以得到每个颗粒的空气动力学粒径㊂激光空气动力学粒径检测法测量原理如图5所示,其可测粒径范围为0.5~20μm(空气动力学直径),0.37~20μm(光散射直径)㊂2)应用研究进展㊂目前具有代表性的空气动力学粒径谱仪为美国TSI 公司生产的APS 3321型空气动力学粒径谱仪㊂应用空气动力学粒径谱仪的研究主要包括气溶胶测量㊁环境毒理学以及便携式采样器图5㊀激光空气动力学粒径检测法组成和原理的研发,在气溶胶测量方面,空气动力学粒径谱仪受颗粒物的折射系和密度影响较小,相较于其他方法,可得到较为真实的粒子粒径分布和浓度[17]㊂在环境毒理学方面,对于如今广泛使用的工程纳米材料,研究其对于人体健康的影响[18],以及吸烟对于人体气管支气管的影响[19]㊂空气动力学粒径谱仪可以对于微小粒子做到有效的收集分析,得到精确数据,进而确定背景值以及实测值㊂3)空气动力学粒径谱仪优势在于:①测量结果受颗粒物折射率㊁密度㊁形状等因素较小;②粒径测量范围的高分辨率;③避免了米式震荡带来的干扰㊂劣势在于:①重叠事件干扰;②得到的是空气动力学直径,会影响得到的粒径数据准确性;③测量量测较小㊂1.5㊀超声法1)测试原理㊂声波在介质中传播时,其强度随传播距离的增加而逐渐减弱,这种现象被称为声衰减㊂超声波在传播过程中的能量损失主要包括吸收㊁热损失㊁粘性损失和声散射四种,超声法正是利用检测这些能量损失来测量颗粒性质,测量流程包括理论模型建立㊁衰减谱测量以及数据反演三个过程,示意如图6㊂范围为10nm~3000μm,可测最高浓度达70%㊂图6㊀超声法工作原理及声衰减主要机制2)应用研究进展㊂具有代表性的理论模型包括U.Riebel类比Beer-Lambert模型[20]和A.S.Dukhin 提出的耦合相模型[21]等㊂目前商用仪器主要包括英国Malvern-Ultrasizer,德国Sympatec-OPUS和美国Dispersion Technologies-DT100至DT500系列仪器㊂应用超声法的研究主要包括结晶过程监测㊁高浓度矿浆测试㊁纳米物质测试以及气溶胶测量等[22]㊂在测量高浓度两相流时,超声信号会随着尺寸㊁浓度和密度的变化而有很大衰减,为了获得更精确的测量结果,可以对声衰减理论模型进行修正[23]或者采用多次回波信号分析测量[24]等方式㊂此外,超声法粒径检测对于纳米物质的测量具有很好的适用性,可以检测粒径为10nm的颗粒物[25]㊂3)超声法优势在于:①可以实现高浓度颗粒的在线测量;②无需对样品稀释,避免了由此带来的团聚㊁污染等问题;③削弱颗粒形状对测量的影响;④可测粒径范围宽,无需标定㊂其劣势在于:①单次测量随机性比较大;②易受到噪声以及气泡的影响㊂③所采用的超高频宽带换能器制作困难,价格也比较昂贵㊂1.6㊀激光相位多普勒技术1)测试原理㊂激光相位多普勒粒子分析仪(PDPA)可以同时测量颗粒速度和粒径㊂测速通过检测差动多普勒频率,粒径测量则是根据米氏散射理论,采用相位差法,即把多个检测器采用不对称方法放置,将各检测器产生的信号进行比较,各检测器信号间呈现相位差,相位差与粒子直径成线性关系㊂PDPA的组成和工作原理如图7所示㊂测速范围是-100~600m/s,可测粒径范围是1~1000μm,此范围还可通过更换发射镜头加以扩大㊂图7㊀PDPA的组成和工作原理2)应用研究进展㊂PDPA仪器的发展已经比较完善,主要包括美国TSI和丹麦DANTEC公司生产的PDPA系统㊂利用PDPA开展相关研究的领域包括喷雾㊁旋转分离装置㊁鼓泡塔以及风洞风沙研究等㊂其中喷雾研究占比最多,包括喷嘴开发和效率测试[26],内燃机喷雾燃烧[27],闪蒸喷雾[28]等,这些喷雾颗粒由于组成不同,折射率等光学参数也不同,但PDPA都表现出良好的测试精度㊂在旋转分离装置方面,包括常见的旋风分离器[29]和水力旋流器[30],主要测试内部不同位置的流场和颗粒粒径大小㊂而且,PDPA也被用于测试实心颗粒的粒径大小[31]㊂3)PDPA优势在于:①多普勒频率信号和粒径㊁速度等待测参数是线性关系,和温度㊁压力没有关系;②对流场没有干扰;③测量量程大;④可以同时测量粒子粒径和速度,甚至颗粒的密度和体积流量㊂劣势在于:①购买成本高;②目前还只能被用于固体浓度较低的环境中,体积浓度<1%的流动;③单点测量;④对于球形粒子的测量精度更好㊂1.7㊀图像法1)测试原理㊂图像法即采用相机记录颗粒图像,然后经过处理后读取颗粒粒径等相关参数,传统的图像法采用CCD 或CMOS 两种主流的图像传感器记录,测量量程可以达到微米级别[32,33]㊂目前,关于图像法受到学者最多关注的是激光数字全息技术㊂数字全息(Digital Holography,DH)[34]采用数字记录与数值重建,能够方便地对全息图进行记录㊁传输㊁保存㊁重建及后处理,示意如图8所示㊂近年来,数字全息技术与同样相干光源的PIV㊁PTV 等技术结合,发展出了可以测量三维速度的数字全息粒子图像测速和数字全息粒子跟踪测速等颗粒检测技术㊂图8㊀激光数字全息技术的组成和工作原理2)应用研究进展㊂数字全息技术作为一种新兴的测量技术,由于本身具有较为复杂的设备搭建㊁算法处理等流程,目前还有围绕它的大量的理论㊁实验研究进行[35],主要包括颗粒全息噪声抑制和处理[36]㊁㊀㊀数字全息装置布置[37]㊁颗粒图像重建和信息提取算法[38]㊁实验应用验证[39]㊁重叠粒子处理[40]等㊂在应用方面,该技术主要被使用于获得流场中颗粒的粒径大小㊁三维位置等信息,研究领域包括喷雾液滴及气泡[41]㊁固体颗粒[42]㊁燃烧颗粒[43]㊁纳米颗粒[44]㊁气溶胶粒子[45]甚至是细胞㊁微生物等生物颗粒[46]㊂利用数字全息技术可以得到拍摄视野内整个流场中颗粒的大小㊁位置分布㊁形貌等信息㊂与PIV 和PTV 技术结合后的HDPIV /HDPTV 技术可以进一步获得颗粒的三维速度,其应用也集中于气固两相流[47]㊁喷雾[48]㊁液滴气泡形成破碎[49]等研究,粒径测量可以达到纳米级别,速度测量也可以达到千米每秒以上㊂3)数字全息技术优势在于:①直观观察,可以同时监控颗粒的动态;②测量量程大,可以根据需求自行设计;③可以针对整个颗粒场进行测量㊂劣势在于:①平台搭建复杂,降噪㊁图像重建算法都需要开发;②对使用者的光学基础要求较高;③花费较大㊂2㊀结㊀论颗粒态物质的研究和检测在环境㊁能源㊁材料㊁化工等学科领域中有着重要意义,粒径作为颗粒的重要参数之一,显著影响到燃烧㊁分离㊁输送㊁大气传输等过程㊂因此,颗粒粒径检测技术也取得了迅速的发展和进步㊂将这些检测技术按照检测方式,分为采样法和非采样法,重点介绍了较为先进的非采样法技术,调研了研究进展㊁应用领域㊁优劣势等,总结如表2㊂表2㊀颗粒粒径检测技术总结检测方法仪器检测范围优势劣势单颗粒光散射粒径测量方法光学颗粒计数器㊁光学粒径谱仪0.1~25μm技术成熟㊁设备操作简单㊁体积小㊁测量速度快量程小㊁需要标定㊁湿度影响大激光干涉成像法激光发生器㊁CCD 自组装范围大同时测量尺寸分布三维位置设备搭建和粒子图像信息的提取算法复杂激光粒度仪法激光粒度仪0.02~3500μm操作简单㊁范围宽分辨率低㊁校准困难激光空气动力学粒径检测法空气动力学粒径谱仪0.5~20μm (空气动力直径)0.37~20μm(光散射直径)分辨率高㊁稳定性好㊁操作方便浓度不能过高㊁会受到颗粒重叠干扰㊁空气动力学直径㊁量程小超声法基于超声散射衰减谱的颗粒粒径分析仪0.005~1000μm高浓度㊁无需稀释㊁可测范围大需多次测量㊁易受影响㊁造价高激光相位多普勒技术PDPA粒径1μm ~1000μm 速度-100~600m /s可以同时测量速度和粒径㊁范围广㊁结果可靠单点测量㊁浓度不能过高㊁花费大图像法激光发生器㊁CCD㊁镜头㊁图像处理器自组装范围大直观㊁自行装配㊁量程大㊁整个颗粒场检测搭建和算法复杂㊁光学要求高㊁花费大㊀㊀这些技术都是针对某些需求研发,每个技术的特点和优势不同,检测目标和和精度也都有所差距㊂激光相位多普勒和激光数字全息等技术,使用限值条件多,操作复杂,成本高,更多应用于实验室科学研究,这些仪器非常精密,但要承担一部分设备和算法的研发工作㊂而光学颗粒计数器㊁空气动力学粒径谱仪等仪器使用简单,操作方便,已经广泛应用于环境监测等领域㊂为一项研究或应用选择合适的测量系统,取决于待测样本的性质㊁应用环境㊁实际测量或实验室应用㊁精度要求以及价格㊂例如,在稀疏气固两相流单点的粒径和流场测量方面,激光相位多普勒技术是比较合适的㊂如果是整个流场的测量,则可以选择使用激光数字全息㊂空气动力学粒径谱仪㊁光学颗粒计数器适合于大气颗粒物的检测,激光粒度仪法在低浓度㊁大范围的颗粒粒径测量有优势,而超声法则更适合处理高浓度颗粒㊂本文讨论的许多用于颗粒尺寸测量的技术将继续在诸多领域发挥日益重要的作用,包括燃烧㊁液滴和颗粒测量㊁喷嘴特性㊁粉末制造技术㊁工业过程控制㊁大气污染和环境监测㊂对于未来的发展方向,也可以分别对学术用途较多的方法和实际应用于工业过程的方法分别提出㊂对于科研使用粒度仪的发展在于精度的提升以及拓展应用,而实际应用中由于恶劣多尘的环境㊁不稳定的速度和不均匀的颗粒分布则更加复杂,一方面要探索实验室技术转化为可应用技术的方案,另一方面也要进一步注重智能化㊁简单化设计㊂参考文献[1]㊀吴迎春.数字颗粒全息三维测量技术及其应用[D].杭州:浙江大学,2014.[2]㊀杜勇乐,刘鹤欣,谭厚章,等.燃煤水泥窑尾颗粒物粒径分布及污染特征[J].环境工程,2019,37(9):113-118.[3]㊀叶荣民,王洪涛,董敏丽,等.舟山市大气细颗粒物组分特征及其污染来源解析[J].环境工程,37(5):125-131. 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纳米颗粒粒径大小、粒径分布及比表面积的测试方法与各种方法的特点
纳米微粒一般是指一次颗粒,它的尺度一般在1～100nm之间,是介于原子、分子和固体体相之间的物质状态。
由于纳米微粒具有尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应,使它具有不同于常规固体的新的特性。
在纳米态下,颗粒尺寸更是对其性质有着强烈的影响,纳米材料的颗粒度的大小是衡量纳米材料最重要的参数之一。
因此,在纳米材料的研究中准确测量纳米颗粒的大小是很重要的。
目前可用于测定纳米颗粒粒径的方法有:透射电镜观察法(TEM观察法)、X射线衍射线宽法(谢乐公式)、X射线小角散射法、BET比表面积法、离心沉降法、动态光散射法等6种。
1.1透射电子显微镜(transmissionelectronmicroscopeTEM)。
其原理是:以高能电子(一般为50-200keV)穿透样品,根据样品不同位置的电子透过强度不同或电子透过晶体样品的衍射方向不同,经后面电磁透镜的放大后,在荧光屏上显示出图像。
TEM分辨率达0.3nm,晶格分辨率达到0.1nm～0.2nm,其样品可放在直径2mm～3mm的铜网上进行测试。
用电镜测量粒径首先应尽量多拍摄有代表性的纳米微粒形貌像,然后由这些电镜照片来测量粒径。
该方法是颗粒度观察测定的绝对方法,因而具有高可靠性和直观性。
用这种方法可以观察到纳米粒子的平均直径或粒径分布。
电镜观察法的缺点一是由于观察用的粉末极少,使得测量结果缺乏统计性;二是因为在制备超微粒子的电镜观察样品时,首先需用超声波分散法使超微粉末分散在载液中,有时候很难使它们全部分散成一次颗粒,特别是纳米粒子很难分散,往往使测得的颗粒粒径是团聚体的粒径。
1.2 X射线衍射线宽法(谢乐公式)由衍射原理可知,物质的X射线衍射峰(花样)与物质内部的晶体结构有关。
每种结晶物质都有其特定的结构参数(包括晶体结构类型,晶胞大小,晶胞中原子、离子或分子的位置和数目等)。
因此,没有两种不同的结晶物质会给出完全相同的衍射峰。
通过分析待测试样的X 射线衍射峰,不仅可以知道物质的化学成分,还能知道它们的存在状态,即能知道某元素是以单质存在或者以化合物、混合物及同素异构体存在。
光散射法测量颗粒尺寸和浓度的实验研究
§１．２颗粒尺寸测量方法分类及发展
目前，得到广泛应用的各种颗粒测量方法很多【３４】。按其基本工作原理可以分 为以下几大类：筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法（库尔特法）和光学法（光 散射法）等０３。它们各有自己的特点和应用范围。下面分别简要作一介绍。
本人签名： 氆！旦ｌ
导师签名：
第一章绪论
第一章绪论
§１．１研究背景和意义
在自然界、工业生产、科学研究、国防建设、环保以及日常生活等各个方面， 充满了各种各样的颗粒。所谓颗粒就是指细小的分散物体。颗粒的存在形式具有 多样性，总的说来，有固态颗粒、液态颗粒、气态颗粒，它们或分散在液体介质 中或分散在气体介质中形成两相物质。例如，大气层中的灰尘与雾滴、雨滴、冰 晶、雪花、河流中的泥沙、工业排放中的烟尘等。
ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｏｆ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ａｎｄ Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｒｏ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｏｒ ｓｍａｌｌｅｒ ａｎｄ ｌａｒｇｅｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｔｈｅｏｒｙ，ｗｅ ｕｓｅ ｔｈｒｅｅ－ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｗｏ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ａｇｒｅｅｄ ｗｅｌｌ．Ｗｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅａｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｉｓ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｘａｃｔｉｏｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｂｕｉｌｔ ｕｐ．Ｗｅ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ， ｍｅａｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅａｓｌｌｒｅｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｄ ｉｓ ｈｉｇｈ ｉｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｍｙ．
大气尘埃颗粒浓度的光学检测技术
大气尘埃颗粒浓度的光学检测技术一、研究现状（一）研究背景颗粒状物质在自然界和日常生活中是普遍存在的，如灰尘、细菌、土壤、面粉、水泥等。
小于10μm的颗粒物对人体健康影响较大，因此医疗、食品、化妆品、生物制品等部门越来越多的关注生产环境中的颗粒物的浓度，采用监测仪器实施监控，以提高产品质量。
现今，国外正大力发展悬浮颗粒的光散射在线测量技术，并通过网络将各测点的在线数据传送到计算分析中心，实现环保监测的在线化和网络化。
在微粒测量领域，有众多的测量方法，如筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法等。
光散射法是目前得到最为广泛使用的一种颗粒测量方法。
自1976年Swithenbank等人发展了基于Fraunhofer衍射以环形光电管阵列为接受器件粒度分布测量方法以来，衍射散射得到了广泛的应用。
（二）研究意义光散射法以其适用性广，测量粒度范围广，测量准确，速度快，需要知道的被测颗粒及分散介质的物理参数少，自动化和智能化程度高，重复性好，精度高，非接触测量，易于与计算机配合等优点受到了颗粒测量领域的广泛重视。
本课题研究的光衍射散射法检测大气浓度一定程度上减少了测量大气尘埃浓度的成本，不需要更多的精密测量仪器去测量计算，并且准确度也较高。
二、研究内容（一）理论依据（二）研究目标本文通过利用光的散射与衍射原理，设计了一种新的监测方法，避免资源的浪费，增加方法的可行性，达到较好的效果，随时监测大气尘埃颗粒，将空气状况牢牢掌握，避免近一步的污染，为改善我们的生活环境，提高空气质量保护我们的身体健康而努力。
（三）研究方法光衍射从测量过程看是一种测量速度快，测量结果准确的方法，由于测量是基于光的衍射原理，所以测量结果只与粒子尺寸有关，而与其它因素（如子的折射率）无关，干扰因素小，比较直观，易于观察，便于得到结果。
（四）主要内容衍射法测量原理如图所示。
由激光器（一般为氦氖激光器或半导体激光器）发出的光束经滤波和扩束后成为一直径约为8～10mm的平行单色光，照射到区中的颗粒时，便会产生光的衍射现象。
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基于多角度光散射的微纳颗粒检测方法研究PM2.5颗粒受到社会的广泛关注是由于它对人体健康的严重危害,而PM2.5
的科学有效治理离不开及时精确的高分辨率监测。
PM2.5质量浓度的快速准确检测是一个具有现实意义而又面临重大挑战的课题。
光散射方法测量颗粒物这一技术从诞生以来就受到了产业界和学界的广泛关注,受颗粒粒径、折射率、成分等多重因素的复合影响,利用光散射方法测量颗粒物质量浓度的精度一直无法保证,相关的研究一度陷入停滞。
总的来说,光散射技术测量颗粒物质量浓度的研究存在三个方面的不足:在测量方案的设计方面,颗粒物信息的获取不够全面,单个角度的散射光无法有效辨识颗粒物各项参数的变化;在测量理论方面,没有完整的
理论分析来针对不同的精度需求提供简洁适用的信号处理方案;在应对气象参数影响方面,没有通过颗粒散射光自身来校正测量结果的方案,导致仪器的复杂和
低效。
针对以上三个问题,本文设计并研制一款新型的多角度光散射颗粒物浓度检测仪,在更全面地获取颗粒信息的基础上提出多种信号处理方案,同时通过颗粒
散射光的变化来校正气象参数对颗粒物浓度检测结果的影响。
全文的研究内容及创新总结如下:(1)深入剖析光散射方法的理论基础,从Mie散射理论出发,构建
不同采光角和立体角时颗粒粒径与散射光的关系,创造性地选取40°、55°、140°三个角度用于设计多角度光散射颗粒物质量浓度传感器。
这三个角度的光探测器分别用于收集颗粒物的折射率实部、折射率虚部以及颗粒形状信息。
利用计算机辅助设计技术、3D打印技术、微弱信号检测技术制造了一台新型的多角度光散
射颗粒物质量浓度传感器样机,随后在此基础上搭建了一套颗粒物质量浓度检
测系统。
(2)研究了颗粒物折射率、粒径与散射光通量之间的关系,提出三种基于多角度光散射颗粒传感器的信号处理及数据融合方案。
基于真有效值检测的方案减少了大颗粒对传感器检测精度的影响,具有结构简单、性能优良、价格低廉等特点;通过结合夫琅禾费衍射和瑞利散射,提出一种简化的颗粒物传感器测量模型并对模型参数进行优化,该测量模型能够极大提高单角度光散射式颗粒物传感器的检测性能;根据三个角度采集颗粒信息的差异,提出一种基于多角度光散射颗粒物
浓度传感器的数据融合模型,通过融合不同角度光探测器的信息而得到优于单个
角度光探测器的颗粒物浓度值,具有数据融合模型简洁、性能优异等特点。
三种信号处理方案满足了检测精度的不同需求。
(3)不同于常规地使用气象传感器或者除湿设备来修正或者减小相对湿度等气象参数对光散射式颗粒物浓度传感器检测结果的影响,提出一种利用两个前向角度光通量的比值作为气象因子来校正传感器检测结果的方法。
在理论分析的基础上,通过对比实验验证了该校正方法的可行性和有效性。
该方法具有可靠性高、易于实现等特点,能够有效应对外界气象参数尤其是相对湿度对颗粒物传感器测量结果的影响。
(4)在分析国内外研究学者工作的基础上,针对室内颗粒物成分变化剧烈,校正测量结果困难的状况,提出一种利用两个角度光通量比值来获取颗粒物质量中值直径,随后根据质量中值直径来对颗粒物进行初步分类并校正颗粒物浓度值的方法。
通过扫描电镜观察并用多角度颗粒物浓度测量仪测量不同类型的室内颗粒物,验证了该方案的可行性。
该方案拓展了多角度光散射式颗粒物浓度传感器的功能和使用范围。