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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） 四、应用示例 案例一：　Ｃｅ－ＴｉＯ２　粒径分布分析 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 案例三：新型丙烯酸酯杂合乳液的粒径分析 溶液/悬浮液的制备： 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。 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。 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。 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。 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。 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。 溶液/悬浮液的制备 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。 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，同时含有柔性高分子聚醚亲水链段及多胺亲水链段。 * 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(流体力学直径) ； 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 在数据分析过程中假设颗粒都是各向同性的和球形的。 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 1,0