纳米粒度分析
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粒子中间掺杂小粒子”的状态，导致乳液分布变宽，平均粒径 更小。 2020/8/1
NUMBER
1
1
VOLUME
=
4 3
pr3
1000
INTENSITY =d6
1,000,000
Relative % in class Relative % in class Relative % in class
5 10 50 100 2020/D8/1iameter (nm)
1
5 10 50 100 Diameter (nm)
图为ｐＨ 值＝１．５，掺杂量ｎ（Ｃｅ）∶ｎ（ＴｉＯ２）＝１∶３００条件下制备的Ｃｅ －ＴｉＯ２经６００℃热处理后样品的粒度分布曲线，可看出Ｃｅ－ＴｉＯ２样品的颗粒粒度 分布窄，且颗粒尺寸小，这说明Ｃｅ掺杂有利于阻止ＴｉＯ２晶粒的长大，并使得样品粒度分 布均匀。
2020/8/1
案例二：合成的非离子型水性环氧固化剂在室 温下乳化EPON828 所得的乳液粒径分布
2020/8/1
一、基本原理
1、布朗运动
1827年植物学家布朗在用显微镜观察水中悬浮的极小 的花粉微粒时，发现花粉微粒总是在不停地作无规则的运 动。后来人们就把这种运动叫做布朗运动。
2020/8/1
布朗运动是指由于溶剂分子的轰击使颗粒作随机无规则的运动。
Stokes-Einstein 方程：
d(H)
由图 可见，所得的乳液粒径细小，均在1 μm 以下，表明其具有良好的乳化中 低分子质量液体环氧树脂的功能，这与合成的非离子型水性环氧固化剂具有独 特的分子结构分不开：含有与被乳化的液体环氧树脂极相似的疏水链段，同时 含有20柔20/8性/1 高分子聚醚亲水链段及多胺亲水链段。
案例三：新型丙烯酸酯杂合乳液的粒径 分析
• 信号改变平缓：信号变化慢，布朗运动慢，颗粒大； • 信号改变陡：信号变化快，布朗运动快，颗粒小。
2020/8/1
样品是大颗粒的典型的相关关系图：
2020/8/1
样品是小颗粒的典型的相关关系图：
2020/8/1
2020/8/1
大202颗0/8粒/1 ，中等分布宽度，存在非常大的颗粒
非20常20/8小/1 的颗粒，中等分布宽度，不存在大颗粒
2020/8/1
三、样品的制备和检查
（一）分散介质 样品应在液体介质中有良好的分散性。分散介质应满足下 列要求：
a）对激光波长应是透明（不吸收）的。 b）与仪器所用的材料相容。 c）样品颗粒在该液体介质中不溶解、不膨胀、不团聚。 d）其折射率与颗粒的折射率不同。 e）已知其折射率数及粘度，准确度应优于0.5%。 f）应充分过滤。
非常大的颗粒，高分布宽度，存在非常大的颗粒
2020/8/1
光强度分布： I a d6
2020/8/1
根据米氏理论，知道颗粒的折射率与吸光率：
光强度与粒径的关系
体积与粒径的关系
数量与粒径的关系
2020/8/1
体积分布：V a d3
2020/8/1
数量分布：Na d
2020/8/1
5nm 和 50nm的球形颗粒、数量相同
无灰尘或污染的分散介质在仪器中不产生散射信号（或信号 极低）。
2020/8/1
（二）样品颗粒的浓度
2020/8/1
（三）样品的温度
给定样品准确的温度，计算出样品的粘度。 样品的温度必须稳定，温度改变会使样品池内产生对流 从而使峰变宽。
（四）样品的折射率
颗粒散射光的产生是由于样品与分散介质具有不同的折 射率。折射率的差异越大，样品发生散射的动力越大。
5、一旦样品制备好后切勿剧烈振摇，否则溶液中 会混入含有灰尘的空气。小得看不见的气泡比大量 的所测试的颗粒将散射更多的光线。轻轻旋转是最 好的方法。
6、样品在稀释瓶中作间歇的超声波处理，每次大约 持续10秒钟，再停顿几秒钟，共约2分钟。
2020/8/1
四、应用示例
案例一： Ｃｅ－ＴｉＯ２ 粒径分布分析
1
5 10 50 100 Diameter (nm)
二、PCS仪器介绍
测2020量/8/1 范围：0.6nm~6000nm
2020/8/1
2020/8/1
1、激光：使用固 定波长为632.8nm 的单色连续的氦 氖激光作光源；
2、样品池；
3、光学系统和检 测器
4、主光束截止器；
5、相关器；
6、计算单元
光源（激光）照射颗粒，颗粒散射光。
2020/8/1
两个固定的颗粒、光束反向、散射光强度降低。
Screen
两个固定的颗粒、光束同向、散射光强度增加。
Screen
很多颗粒、很复杂的光强度模式。
Screen
作布朗运动的分散颗粒的散射光强度I（t）沿时间轴而起伏 涨落，提供分散颗粒的运动信息。
光信号变化慢，布朗运动速度慢，颗粒大
2、在制备样品的最后阶段，为了减少再次引入灰尘 的机会，要将液体与空气的接触减到最少。只要可 能，使用直接的连接，避免接触空气。
3、不要长时间贮存过滤水。细菌会在贮存水中生长， 在测量中产生散射光线。
2020/8/1
溶液/悬浮液的制备
4、若可能，避免将液体喷射入烧瓶或样品池中， 让液体沿着清洁光滑的一面注入，这样可以减少再 次引入灰尘。
=
kT
3phD
其中， d(H) ：颗粒粒径(流体力学直径) ； k ： 波兹曼常数； T ： 绝对温度； h ： 粘度；
D ： 扩散系数
颗粒越大，布朗运动速度越慢
温度越高，运动越快
粘度越大，运动越慢
2、 光 子 相 关 光 谱 法 （ PCS-Photon Correlation Spectroscopy）
( a)Leabharlann BaiduHPAE
( b) PAH
HPAE 的平均粒径为170 nm，分布范围窄( 多分散指数PDI = 0． 014) ; PAH 平均粒径仅为93 nm，而且分布范围更宽( PDI = 0． 113) ，其可能原因是:由于PAH由负载2 种不同功能基团( — COOH和—OH) 的乳胶粒P1 和P2 组成，整个乳液体系呈现“大
（五）样品的吸光度
光通过样品后被吸收的程度。
2020/8/1
（六）样品的制备
1、溶剂的净化
过滤（灰尘）、 0.2um的一次性过滤器 金属离子的影响（水纯化系统来净化水）
2、样品池的清洁 3、溶液/悬浮液的制备
2020/8/1
溶液/悬浮液的制备：
1、最重要的是用纯化的和经过滤的液体冲洗每件东 西（包括样品池和盖子、稀释瓶和盖子、移液管或 注射器、装缓冲液和表面活性剂的玻璃器皿）。用 纯化的和经过滤的液体制备缓冲液和表面活性剂。
光子相关光谱法（PCS）：测量悬浮液中做布 朗运动的粒子数和粒径之间的关系。也称作动 态光散射（Dynamic Light Scattering ， DLS）。
2020/8/1
纳米粒度分析仪测量的参数：
• 颗粒的平均粒径 • 粒径分布的宽度
在数据分析过程中假设颗粒都是各向同性的 和球形的。
2020/8/1
Large Particles
Intensity
2020/8/1
Time
光信号变化快，布朗运动速度快，颗粒小
2020/8/1
相关器：能反映出光信号变化快慢情况。 散射光强度的时间自相关函数G2（τ）：本质上是时间差τ的 一个指数衰减函数。相关器能反映出光信号变化快慢情况。它 是把前面的信号测完后先保存下来，后面信号与前面信号相比 较。
NUMBER
1
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VOLUME
=
4 3
pr3
1000
INTENSITY =d6
1,000,000
Relative % in class Relative % in class Relative % in class
5 10 50 100 2020/D8/1iameter (nm)
1
5 10 50 100 Diameter (nm)
图为ｐＨ 值＝１．５，掺杂量ｎ（Ｃｅ）∶ｎ（ＴｉＯ２）＝１∶３００条件下制备的Ｃｅ －ＴｉＯ２经６００℃热处理后样品的粒度分布曲线，可看出Ｃｅ－ＴｉＯ２样品的颗粒粒度 分布窄，且颗粒尺寸小，这说明Ｃｅ掺杂有利于阻止ＴｉＯ２晶粒的长大，并使得样品粒度分 布均匀。
2020/8/1
案例二：合成的非离子型水性环氧固化剂在室 温下乳化EPON828 所得的乳液粒径分布
2020/8/1
一、基本原理
1、布朗运动
1827年植物学家布朗在用显微镜观察水中悬浮的极小 的花粉微粒时，发现花粉微粒总是在不停地作无规则的运 动。后来人们就把这种运动叫做布朗运动。
2020/8/1
布朗运动是指由于溶剂分子的轰击使颗粒作随机无规则的运动。
Stokes-Einstein 方程：
d(H)
由图 可见，所得的乳液粒径细小，均在1 μm 以下，表明其具有良好的乳化中 低分子质量液体环氧树脂的功能，这与合成的非离子型水性环氧固化剂具有独 特的分子结构分不开：含有与被乳化的液体环氧树脂极相似的疏水链段，同时 含有20柔20/8性/1 高分子聚醚亲水链段及多胺亲水链段。
案例三：新型丙烯酸酯杂合乳液的粒径 分析
• 信号改变平缓：信号变化慢，布朗运动慢，颗粒大； • 信号改变陡：信号变化快，布朗运动快，颗粒小。
2020/8/1
样品是大颗粒的典型的相关关系图：
2020/8/1
样品是小颗粒的典型的相关关系图：
2020/8/1
2020/8/1
大202颗0/8粒/1 ，中等分布宽度，存在非常大的颗粒
非20常20/8小/1 的颗粒，中等分布宽度，不存在大颗粒
2020/8/1
三、样品的制备和检查
（一）分散介质 样品应在液体介质中有良好的分散性。分散介质应满足下 列要求：
a）对激光波长应是透明（不吸收）的。 b）与仪器所用的材料相容。 c）样品颗粒在该液体介质中不溶解、不膨胀、不团聚。 d）其折射率与颗粒的折射率不同。 e）已知其折射率数及粘度，准确度应优于0.5%。 f）应充分过滤。
非常大的颗粒，高分布宽度，存在非常大的颗粒
2020/8/1
光强度分布： I a d6
2020/8/1
根据米氏理论，知道颗粒的折射率与吸光率：
光强度与粒径的关系
体积与粒径的关系
数量与粒径的关系
2020/8/1
体积分布：V a d3
2020/8/1
数量分布：Na d
2020/8/1
5nm 和 50nm的球形颗粒、数量相同
无灰尘或污染的分散介质在仪器中不产生散射信号（或信号 极低）。
2020/8/1
（二）样品颗粒的浓度
2020/8/1
（三）样品的温度
给定样品准确的温度，计算出样品的粘度。 样品的温度必须稳定，温度改变会使样品池内产生对流 从而使峰变宽。
（四）样品的折射率
颗粒散射光的产生是由于样品与分散介质具有不同的折 射率。折射率的差异越大，样品发生散射的动力越大。
5、一旦样品制备好后切勿剧烈振摇，否则溶液中 会混入含有灰尘的空气。小得看不见的气泡比大量 的所测试的颗粒将散射更多的光线。轻轻旋转是最 好的方法。
6、样品在稀释瓶中作间歇的超声波处理，每次大约 持续10秒钟，再停顿几秒钟，共约2分钟。
2020/8/1
四、应用示例
案例一： Ｃｅ－ＴｉＯ２ 粒径分布分析
1
5 10 50 100 Diameter (nm)
二、PCS仪器介绍
测2020量/8/1 范围：0.6nm~6000nm
2020/8/1
2020/8/1
1、激光：使用固 定波长为632.8nm 的单色连续的氦 氖激光作光源；
2、样品池；
3、光学系统和检 测器
4、主光束截止器；
5、相关器；
6、计算单元
光源（激光）照射颗粒，颗粒散射光。
2020/8/1
两个固定的颗粒、光束反向、散射光强度降低。
Screen
两个固定的颗粒、光束同向、散射光强度增加。
Screen
很多颗粒、很复杂的光强度模式。
Screen
作布朗运动的分散颗粒的散射光强度I（t）沿时间轴而起伏 涨落，提供分散颗粒的运动信息。
光信号变化慢，布朗运动速度慢，颗粒大
2、在制备样品的最后阶段，为了减少再次引入灰尘 的机会，要将液体与空气的接触减到最少。只要可 能，使用直接的连接，避免接触空气。
3、不要长时间贮存过滤水。细菌会在贮存水中生长， 在测量中产生散射光线。
2020/8/1
溶液/悬浮液的制备
4、若可能，避免将液体喷射入烧瓶或样品池中， 让液体沿着清洁光滑的一面注入，这样可以减少再 次引入灰尘。
=
kT
3phD
其中， d(H) ：颗粒粒径(流体力学直径) ； k ： 波兹曼常数； T ： 绝对温度； h ： 粘度；
D ： 扩散系数
颗粒越大，布朗运动速度越慢
温度越高，运动越快
粘度越大，运动越慢
2、 光 子 相 关 光 谱 法 （ PCS-Photon Correlation Spectroscopy）
( a)Leabharlann BaiduHPAE
( b) PAH
HPAE 的平均粒径为170 nm，分布范围窄( 多分散指数PDI = 0． 014) ; PAH 平均粒径仅为93 nm，而且分布范围更宽( PDI = 0． 113) ，其可能原因是:由于PAH由负载2 种不同功能基团( — COOH和—OH) 的乳胶粒P1 和P2 组成，整个乳液体系呈现“大
（五）样品的吸光度
光通过样品后被吸收的程度。
2020/8/1
（六）样品的制备
1、溶剂的净化
过滤（灰尘）、 0.2um的一次性过滤器 金属离子的影响（水纯化系统来净化水）
2、样品池的清洁 3、溶液/悬浮液的制备
2020/8/1
溶液/悬浮液的制备：
1、最重要的是用纯化的和经过滤的液体冲洗每件东 西（包括样品池和盖子、稀释瓶和盖子、移液管或 注射器、装缓冲液和表面活性剂的玻璃器皿）。用 纯化的和经过滤的液体制备缓冲液和表面活性剂。
光子相关光谱法（PCS）：测量悬浮液中做布 朗运动的粒子数和粒径之间的关系。也称作动 态光散射（Dynamic Light Scattering ， DLS）。
2020/8/1
纳米粒度分析仪测量的参数：
• 颗粒的平均粒径 • 粒径分布的宽度
在数据分析过程中假设颗粒都是各向同性的 和球形的。
2020/8/1
Large Particles
Intensity
2020/8/1
Time
光信号变化快，布朗运动速度快，颗粒小
2020/8/1
相关器：能反映出光信号变化快慢情况。 散射光强度的时间自相关函数G2（τ）：本质上是时间差τ的 一个指数衰减函数。相关器能反映出光信号变化快慢情况。它 是把前面的信号测完后先保存下来，后面信号与前面信号相比 较。