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纳米粒度分析 郑秀玉 一、基本原理 1、布朗运动 2、光子相关光谱法（PCS-Photon Correlation Spectroscopy） * * 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。 Stokes-Einstein 方程： D ： 扩散系数 其中， d(H) ：颗粒粒径； k ： 波兹曼常数； T ： 绝对温度； h ： 粘度； d(H) = kT 3 p h D 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 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。 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）。 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 光源（激光）照射颗粒，颗粒散射光。 Screen 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。 Large Particles Time Intensity 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。 光信号变化快，布朗运动速度快，颗粒小； 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。 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。 相关器：能反映出光信号变化快慢情况。 样品是大颗粒的典型的相关关系图： 样品是小颗粒的典型的相关关系图： 大颗粒，中等分布宽度，存在非常大的颗粒 非常小的颗粒，中等分布宽度，不存在大颗粒 非常大的颗粒，高分布宽度，存在非常大的颗粒 光强度分布： I a d6 根据米氏理论，知道颗粒的折射率与吸光率： 体积与粒径的关系 数量与粒径的关系 光强度与粒径的关系 体积分布：V a d3 数量分布：Na d 5nm 和 50nm的球形颗粒、数量相同 NUMBER VOLUME = pr3 4 3 INTENSITY = d 6 Diameter (nm) Relative % in class 5 10 100 50 1 1 Diameter (nm) Relative % in class 5 10 100 50 1 1000 1 Diameter (nm) Relative % in class 5 10 100 50 1 1,000,000