[發明專利]一種納米顆粒粒徑測量裝置及方法

無效

• 申請號: 200910049537.6
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN101571470A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 楊暉;鄭剛;張仁杰;李孟超;孔平
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種測量技術，特別涉及一種納米顆粒粒徑測量裝置及方法技術。

背景技術

作為21世紀的帶頭學科之一，納米技術為材料科學帶來了廣泛而深刻的變革。納米顆粒的粒徑測量是納米技術中極其重要的一個方面，特別是近年來隨著納米技術廣泛應用于制藥、生物、電子、光電子、能源、催化和陶瓷等領域，各行業對納米顆粒粒徑的測量和監控要求也越來越嚴格，其發展水平已成為目前衡量一個國家納米科技水平和在這方面綜合實力的重要標志之一。與國外相比，我國在納米顆粒粒徑測量技術及儀器方面還非常落后。

動態光散射技術是目前應用最廣泛的納米顆粒粒徑測量技術，一般通過數字相關器計算散射光信號的自相關函數，進而推演出所測顆粒的粒徑信息，因此也稱為光子相關光譜法。其特點是運算速度快，數據處理量大，但也存在價格過高，功能單一無法二次開發等缺點。近年來已有學者提出了基于光子計數的動態光散射軟件自相關測量法，但由于軟件法采集和處理的數據量有限，且缺乏相應的時域信號增強方法，因此存在測量精度較低，重復性差的問題。

發明內容

本發明是針對現有納米顆粒粒徑測量存在的問題，提出了一種納米顆粒粒徑測量裝置及方法，將無線電技術中的差拍(也稱為混頻)技術用于動態光散射的頻譜測量，通過對散射光信號的頻譜的分析就能得到顆粒的粒徑信息。

本發明的技術方案為：一種納米顆粒粒徑測量裝置，包括激光器1、凸透鏡2、樣品池3、針孔光闌4、5、濾光片6、光電倍增管7、光子計數卡8、計算機9，激光器1發出入射激光經透鏡2聚焦后照射到樣品池3內的顆粒樣品上，被激光束照射的顆粒產生的垂直與入射激光方向的散射光依次通過雙孔結構的針孔光闌4、5和濾光片6后進入光電倍增管7，經過光電倍增管7轉換成電信號輸出進入光子計數卡8進行計數，最后數據送入計算機9內處理。

一種納米顆粒粒徑測量方法，包括所述納米顆粒粒徑測量裝置，方法具體步驟包括：

1)用激光器1作為光源，照射到盛有顆粒的樣品池3內；

2)用光電倍增管作為光探測器7以90度的散射角連續測量散射光信號；

3)用光子計數卡8根據預設的采樣時間，對光電倍增管輸出的脈沖信號進行計數，得到的計數序列Xn即單位采樣時間內的光電流強度，光電流強度正比于光強；

4)調用MatLab下的FFT函數計算信號Xn的功率譜密度：

式中，Γ為Rayleigh線寬或衰減線寬；

5)根據步驟4)得到功率譜密度曲線，測量功率譜密度的衰減寬度Γ，Γ和描述布朗運動強度的平移擴散系數D_T以及散射矢量q的關系式為：

Γ＝D_Tq²

q=4πmλ0sin(θ2)]]>

其中m為溶液的折射率，λ₀為激光波長，θ為散射角，從而可計算出平移擴散系數D_T；

6)最后根據Stoks-Einstein公式：DT=KBT3πηd]]>算出顆粒的粒徑大小d，其中k_B為Boltzman常數；T為絕對溫度；η為溶液粘度。

本發明的有益效果在于：本發明一種納米顆粒粒徑測量裝置及方法，與國內現有的技術相比，具有實現簡單，測量精度高的特點，為納米顆粒粒徑測量技術的進步又提出了新的思路。

附圖說明

圖1為本發明納米顆粒粒徑測量裝置結構示意圖；

圖2為本發明動態光散射頻譜圖。