[發明專利]一種納米氣泡粒徑分布計算方法

在審

• 申請號: 202011144121.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112345417A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 宋永臣;匡洋民;馮宇;楊磊;趙佳飛;劉延振;孫明瑞;國憲偉;張倫祥;劉衛國;楊明軍;王大勇;劉瑜;張毅;凌錚;蔣蘭蘭;李洋輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G06F30/28;G06F17/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明屬于微納粒徑測量技術領域，涉及一種納米氣泡粒徑分布計算方法。該方法用于測量含納米氣泡水中的納米氣泡平均粒徑大小及其分布規律。其應用NTA捕捉的氣泡的布朗運動與擴散系數關系初步獲得含所有顆粒粒徑的數據源，再對準確的數據進行篩選，結合對數正態分布對數據進行擬合，得到準確的粒徑分布規律。該方法更新了顆粒粒徑數據處理方法，避免了粒徑測量過程中因光源信號值差異過小問題所帶來的誤差，彌補了單獨依靠NTA捕捉布朗運動與擴散系數關系計算粒徑大小的準確性的不足，提供了新的準確的粒徑測量方法。

技術領域

本發明屬于微納粒徑測量技術領域，涉及一種結合納米顆粒跟蹤分析(NTA)與對數正態分布計算納米氣泡粒徑分布的方法。

背景技術

近年來，納米氣泡得到了廣泛的應用，在水產養殖、環保、農業、工業、衛生、醫療、電解、船舶等領域都可以見到它的身影。由于納米氣泡粒徑較小，它可以長時間在水中存活，從而保持水中溶解氧充分；表面帶靜電的納米氣泡還可以抑制、消除水中的藻類生物，使水域保持較好的水質；含納米氣泡的水灌溉作物，可增加根際土壤微生物的種群與活性，改善土壤理化性質，增強根系吸收水分養分的能力，提高水肥利用效率，明顯改善作物品質和產量，進而達到增產節水。而納米氣泡的粒徑大小是影響其應用效果的主要因素，因此測得準確的納米氣泡粒徑分布是非常必要的。

一般而言，納米氣泡粒徑測量技術分為直接法和間接法。直接法可以通過電子顯微鏡直接觀察并測量納米氣泡粒徑，但是通常電鏡要求的真空測量環境會對氣泡粒徑產生一定影響，粒徑測量結果也會受到電鏡分辨率限制而產生誤差，同時其資金運行成本高、樣品制備昂貴、樣品制備后的樣品完整性差。間接法可以通過動態光散射測量納米氣泡的運動軌跡、速度來計算出納米氣泡粒徑，但是這種測量方法容易受到雜質、不同粒徑氣泡的光學信號值差異過小等影響，導致測量結果中含有較多錯誤數據，造成納米氣泡粒徑分布結果非單峰性。在納米氣泡生產中，產生的氣泡一般是集中某一粒徑，也就是粒徑分布圖以單峰形式出現。

發明內容

本發明旨在克服上述現有技術中存在的問題，開發一種納米氣泡粒徑分布計算方法，用于測量含納米氣泡水中的納米氣泡平均粒徑大小及其分布規律。其應用NTA捕捉的氣泡的布朗運動與擴散系數關系初步獲得含所有顆粒粒徑的數據源，再對準確的數據進行篩選，結合對數正態分布對數據進行擬合，得到準確的粒徑分布規律。該方法更新了顆粒粒徑數據處理方法，避免了粒徑測量過程中因光源信號值差異過小問題所帶來的誤差，彌補了單獨依靠NTA捕捉布朗運動與擴散系數關系計算粒徑大小的準確性的不足，提供了新的準確的粒徑測量方法。

本發明的技術方案是：

一種納米氣泡粒徑分布計算方法，該方法用動態光散射及愛因斯坦方程獲得溶液中納米氣泡的運動規律與近似流體力學直徑；通過對數據進行篩選、分組，使用對數正態分布進行數據擬合，得到準確直觀的氣泡分布規律與平均粒徑。

具體步驟如下：

一種納米氣泡粒徑分布計算方法，包括如下步驟：

第一步：用NTA初步獲得納米氣泡全部粒徑數據；

利用納米氣泡發生裝置產生含有納米氣泡的水溶液，用玻璃注射器承裝溶液，每組溶液測量兩次以上；利用NTA捕捉納米氣泡布朗運動特性；再利用愛因斯坦方程式計算氣泡的流體力學直徑，獲得全部粒徑數據；

第二步：數據的篩選和分類；

將第一步NTA獲得的數據進行篩選，保留所有True數據，刪去所有False數據；然后對保留的數據進行區間分類計數，設定指定步長，對應區間的氣泡數目進行累加，累加次數與測量次數相同；

第三步：對數正態分布擬合粒徑分布規律；

將第二步得到的不同區間的氣泡數目數據，以粒徑為橫軸、對應區間氣泡數目為縱軸，繪制直方圖，對繪制的直方圖進行對數正態分布擬合，擬合得到的本次測量的氣泡分布規律及平均粒徑；