纳米粒子的粒径可以用超声波光谱测量吗？

高频超声衰减谱(简称超声谱)是近年来发展起来的一种测量纳米颗粒粒径的新方法。由于超声波穿透力强，这种方法特别适用于高浓度纳米颗粒的测量。其基本原理是:不同频率的超声波在纳米粒子的悬浮液中传播时，会被纳米粒子吸收和散射，产生衰减。不同尺寸的纳米颗粒对不同频率的超声波有不同的衰减效果。不同尺寸的纳米颗粒随频率的理论衰减特性如图4所示。根据纳米粒子的超声衰减谱特性，在测量纳米粒子的超声衰减谱后，简化的ECAH(EP stein & MINUS；Carharts & minusAllegra & minusHawley)模型或mcclements(David j mcclements)& BLL(Bouguer-Lambert-Beer-Law)模型对信号进行处理，可以得到纳米颗粒的粒径分布。目前这种方法在超声中心频率为50MHz时能测得的最小粒径为5nm，质量浓度可达40%。

纳米颗粒的超声衰减谱测量对混入待测样品中的少量粒径较大的杂质颗粒不敏感，但对样品池中的气泡非常敏感，这就要求测量时必须消除待测样品中的气泡。

超声波光谱学的主要问题是什么？

超声波粒度测量因其颗粒浓度高、测量范围宽、非接触防止污染等优点而受到广泛关注。德国(sympatec公司)和美国(DT公司)开发了相应的仪器，上海科技大学自1999年以来取得了很大进展。

目前，该方法的优势在于在线粒度测量。声衰减是由吸收和散射引起的，吸收机理非常复杂，包括热损耗、粘性、吸收机理、结构和电声损耗。没有简单完整的理论来解决这个问题。例如，ECAH理论模型至少需要14个参数:密度、压缩波速、剪切粒径、剪切模量、热导率、比热容、吸声系数、热膨胀系数等。只有水、铁、铝等几种物质。对上述参数有很好的了解，而对于大多数待测物质来说，测量这些参数是非常困难的，甚至是不可能的。因此，相对于其他粒度分析方法，超声频谱法的准确性是不确定的，而且该方法本身也有其不可克服的缺陷。

动态三光散射法近年来有哪些进展？

动态光散射法测量纳米粒子的基本原理是基于纳米粒子的布朗运动，并在此基础上发展了多种测量方法，其中光子相关光谱(PCS)得到了广泛的应用。目前，市场上大多数纳米粒子测量仪器都是基于光子相关光谱的，以至于在过去的文献中动态光散射法往往等同于光子相关光谱。

近年来出现了一些新的动态光散射纳米粒子的测量方法，同样是基于动态光散射的原理，但测量方法完全不同。这些方法不仅可以克服现有PCS的缺点，而且可以提供更多的信息，使得纳米粒子测量技术可以应用于更多的领域。以下是近年来发展起来的一些新的纳米粒子测量技术。

1)视觉动态光散射法

该方法是由英国纳米光公司的卡尔博士提出的。其基本原理是悬浮在液体中的纳米粒子在激光照射下会发生散射，形成轻粒子，因为粒子的折射率与液体不同。拍摄光粒子的连续布朗运动图像，记录粒子的运动轨迹，然后对这些运动轨迹进行处理，就可以通过stokes-Einstein公式得到粒子的大小。该方法对每个颗粒的布朗轨迹进行跟踪和数学处理，因此颗粒尺寸分辨率远高于现有的PCS方法。

对于团聚粒子，散射光粒子的形状与单个粒子不同，因此很容易区分。因此，这种方法可以有效地测量团聚颗粒和不同物质的混合颗粒。

使用显微镜时，视场和景深是确定的，也就是说测量体积是确定的，因此可以记录测量体积内所有粒子的数量，也可以得到粒子的浓度。

因为这种方法直接观察纳米粒子的布朗运动，所以被称为& ldquo动态光散射法& rdquo。

2)电泳诱导光栅动态光散射法

这种方法是日本岛津公司在2009年提出的。其基本原理是纳米颗粒悬浮液的浓度会随着交替排列的电极片上电极极性的交替变化而变化。当电极带电时，纳米粒子会在电场的作用下向正极移动，形成高浓度区，产生光栅效应。然后通过改变电极的极性，纳米粒子会向相反的方向扩散，诱导光栅会逐渐消失。大颗粒扩散速度较慢，小颗粒扩散速度较快。如果通过感应光栅的激光束产生的散射光被光电探测器接收，则可以根据测量的散射光变化过程，使用stokes-Einstein公式获得颗粒尺寸分布。

这种方法测量的是纳米颗粒形成的诱导光栅的散射光，而不是纳米颗粒的散射光。因此，该方法信噪比高，重复性好，对样品中混入的少量较大杂质颗粒不敏感。可用于高浓度纳米粒子测量。据报道，这种方法的测量极限可以达到0.5纳米

3)反向动态光散射法

在传统光子相关光谱学的应用中，为了避免多重散射，样品的浓度被严格限制在90 & deg采光样品在工作波长下的吸光度不应超过0.04。在这种限制下，传统光子相关光谱样品的浓度极低，外观清晰透明。实际上，大部分原始胶体产物的体积浓度都在5%以上，外观混浊，在用传统的光子相关光谱分析之前，必须进行高速稀释，使用起来不方便，而且可能破坏胶体的稳定性。另一方面，传统光子相关光谱的粒度分析容易受到外界污染的干扰，因此可用于高浓度纳米胶体颗粒粒度分析的后向动态光散射技术应运而生。

提高测量浓度的解决方法是保证散射体积足够小，以降低信号光中多重散射光的比例。此外，通过将发射端和接收端布置在样品的同一侧，即测量反向散射光信号，并适当控制散射区域的大小，可以获得更理想的抑制多次散射的效果。据报道，Cordouan Technologies公司的VASCO粒度分析仪采用这种方案将体积测量浓度提高到40%。

反向散射光测量的另一个改进如图2所示。激光器发出的光通过2+1光耦合器进入单模光纤。从单模光纤发射的测量光被纳米粒子散射后，反向散射光被单模光纤接收，叠加在单模光纤端部内表面反射的测量光上。与信号光叠加的反射光返回到光纤，并通过光耦合器和光纤到达光检测器进行检测。对检测到的随机信号进行傅里叶变换，得到信号的功率谱，然后对不同频段的功率谱信号进行Stocks-Einstein公式处理，得到纳米颗粒的粒径分布。

这种方法的优点是适用于高浓度纳米粒子的测量。由于采用单模光纤作为信号传感器件，直接测量颗粒的随机运动信号，不再需要昂贵复杂的相关器，大大降低了仪器的成本，简化了结构，易于实现过程控制的在线测量。由于这种方法测量的是高浓度的纳米粒子，因此对样品中混入的少量粒径较大的杂质粒子不敏感。

什么是X射线小角散射法？

当X射线通过具有微观不均匀区域(如超细颗粒、微孔、杂质、位错、空孔洞等散射体)的介质时，会发生散射现象。因为散射体的尺寸远大于X射线的尺寸，所以散射的角域非常小(& plusmn2度；左右)，所以称为X射线小角散射。

对于单个球形粒子，散射强度I = i0 m2φ；2(韩国)

其中m:粒子中的电子数与周围同体积介质中的电子数之差可以写成m = &ρ；eV(R)，& rhoe是粒子与其周围介质之间的电子密度差。

什么是气雾剂？粒度测量的方法有哪些？

气溶胶是指悬浮在气体载体中的固体和/或液体颗粒组成的稳定的多相体系，如烟、雾、霾、浮尘、飞尘等。颗粒大小从纳米到毫米不等，如扬沙、雨滴，甚至厘米级冰雹。

气溶胶粒子的寿命，即它们在大气中的停留时间，与它们的大小、形状、化学成分和大气高度有关。细颗粒由于布朗运动相互碰撞融合，变成大颗粒，从而由于重力沉降落到地面。

气溶胶测量中最常见的是室内洁净度和天气预报中的大气颗粒物，通常使用颗粒物计数器。在实验室和工业中，气溶胶的分类，用于纯化的淘洗法，滤膜法，旋风分离器，射流冲击器，离心分类器，静电分类器(也称为电迁移分析)，扩散池等。，是否所有的气溶胶粒径测量方法都在使用。

实际上，粉末工业中使用的一些粒径测量方法，如激光粒径法、图像法、光散射法等，在气溶胶粒径测量中已经有了很长时间的研究和应用。

什么是Zeta电位？

分散液体(尤其是水)中的颗粒由于其表面可离解基团的离解、颗粒对液体中离子的选择性吸附、晶体颗粒中的晶格置换以及固体和液体之间相对电子亲和力的差异而在颗粒表面带电。带相反符号的离子(即抗衡离子)会富集在带电粒子周围的溶液中，部分抗衡离子与粒子表面紧密结合，形成固定吸附层，或称斯特恩层。由于静电引力和热扩散的平衡，其余的抗衡离子以扩散的方式分布在颗粒周围的溶液中。在粒子的表面电荷和溶液中的抗衡离子之间形成所谓的扩散双电层。如果对这种固/液分散体系施加DC电场，带电粒子会向电性相反的电极方向运动，这就是所谓的电泳现象。如果颗粒不能移动，比如在毛细管中充满液体的情况下，液体会在电场的作用下定向移动，这就是电渗。电泳和电渗是两种最常见的电动现象。

带电粒子表面与溶液内部的电位差称为粒子表面电位。粒子在电泳中运动时，会随着固定的吸附层和一些溶剂分子(与粒子表面结合紧密)一起运动，与液体形成滑动面。滑动表面和液体内部之间的电位差称为动电位或ζ电位。

七ζ电位测量的意义是什么？如何衡量？

颗粒的表面电位无法测量，但Zeta电位可以直接测量。一般来说，双电层越厚，Zeta电位越高。这里重要的是Zeta电位的绝对值，而不考虑电的正负符号。双电层的存在是分散体系稳定性的重要因素。带电粒子在溶液中相互靠近时，粒子周围的双电层会发生交联，产生静电排斥，从而阻止粒子进一步靠近，避免团聚。选择分散剂或表面改性剂的一个重要原则是它必须与颗粒表面的电性能相匹配。如果颗粒表面带正电荷，分散剂应该带负电荷。ζ电势通常通过电泳来测量。带电粒子在电场作用下运动，其运动速度(称为电泳速度)与Zeta电位成正比，理论上可以计算出来。

测量Zeta电位最简单的方法是用显微镜直接观察粒子的电泳运动。根据粒子的运动方向可以判断粒子的带电符号，根据粒子的运动速度和电场的大小可以计算出Zeta电位。

为什么不同粒度分析仪测得的粒度结果不一样？

在粒度测量中，我们经常会遇到这样的情况:同样的样品，不同的仪器往往测量出不同的结果。一些粉体生产厂家和用户往往根据各自的粒度数据来判断产品质量，造成各种差异。因此，粒度测量数据的不一致性是粒度测量中常见的现象。造成这种现象的原因主要有两个:一是自然界中的颗粒是不规则的，即非球形，由于不同设计原理的仪器测得的等效粒径不同，测量结果也不同；其次，粒度测量方法的标准不同时，得到的粒度值会有很大差异。

因此，不同原理的粒度仪对同一样品获得不同的粒度测量结果是正常的。如果测量一致，那就是异常，除非是标准的球形样本。

用户如何选择粒度分析仪？

用户对粒度分析仪的选择主要基于以下几点:

1.粉末的测量粒度范围:1μ；m；

2.常规检验的检测量较大，因此应选择快速、可靠、易操作、对生产过程有一定指导意义的粒度分析仪。当然也要了解国内外销售该用户粉的主要客户的要求，或者历史遗留的约定方法；

3.如果检测到的量不大，粒径>:5μ；m，可选用设备便宜的方法，如重力沉降法如移液管法；

4.取样问题。如样本价格、抽样的代表性、抽样方法、样本分散的难易程度等。

5.有时要考虑被测粉末的性质和用途，如混合粉末，只能用显微镜、电镜或图像法测量；一些要测量的物体是雾滴、气溶胶等。，所以必须选择特定的方法；还有就是动态过程的在线测量，快速测量很重要。例如，一些粉末的性质决定了方法的选择，如卤化银。如果光敏性与截面积有关，而与形状关系不大，则应选择测量标准与截面积有关的方法。

6.务必了解每种测量方法在应用中的局限性。

粒子测试的标准化

国际标准化组织(ISO)负责TC24专业委员会的粒子测量工作，下设四个分委员会。然而，除了SC4粒子测量分委员会外，其他分委员会已经多年没有活动。TC24/SC4负责除筛选之外的所有颗粒测试和分析方法的标准制定。在我国，颗粒检测的通用标准主要集中在2005年批准的全国筛分和颗粒分选方法标准化技术委员会、全国微束分析标准化委员会和全国纳米技术标准化委员会。据不完全统计，截至目前，颗粒检测新技术标准30多项，产品标准100多项，主要涉及粉体材料和多孔材料的部分粉体行业。详细目录可在http://www.sac.gov.cn国家标准化网站上找到。