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1.超聲譜法可以測量納米顆粒的粒度嗎？
高頻率超聲衰減譜法（簡稱超聲譜法）是近年來新出現(xiàn)的納米顆粒粒度測量方法。因超聲具有強(qiáng)穿透力，該方法尤其適用于高濃度納米顆粒的測量。它的基本原理是：不同頻率的超聲在納米顆粒懸浮液中傳播時(shí)，受到納米顆粒的吸收和散射會(huì)產(chǎn)生衰減。不同大小的納米顆粒對(duì)不同頻率超聲的衰減作用是不同的，圖中給出了不同大小納米顆粒隨頻率的理論衰減特性。
根據(jù)納米顆粒的這種超聲衰減譜特性，在測得納米顆粒的超聲衰減譜后，用簡化的ECAH（Epstein−Carharts−Allegra−Hawley）模型或McClements（David J McClements）& BLBL（Bouguer-Lambert-Beer-Law）模型對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可以得到納米顆粒的粒度分布。目前該方法在超聲中心頻率50MHz時(shí)可以測量的最小粒度是5nm，質(zhì)量濃度可以達(dá)到40%。
超聲衰減譜測量納米顆粒雖然對(duì)混入被測樣品的少量較大粒徑雜質(zhì)顆粒不敏感，但對(duì)樣品池中的氣泡非常敏感，要求在測量時(shí)必須消除被測樣品中存在的氣泡。
2.超聲譜法存在哪些主要問題？
超聲譜法粒度測量由于其測量顆粒濃度可以較高，測量范圍寬，非接觸從而防止污染，受到人們廣泛關(guān)注，德國（sympatec公司）和美國（DT公司）已研制相應(yīng)儀器，國內(nèi)上海理工大學(xué)自1999年開始研究，也已取得很大進(jìn)展。
目前該方法優(yōu)勢在于在線粒度測量。聲衰減是由于吸收和散射引起的，吸收機(jī)理非常復(fù)雜：包括熱損失、粘度、吸收機(jī)制、結(jié)構(gòu)和電聲損失等，現(xiàn)在尚未有解決該問題的簡單而完整的理論。如ECAH理論模型至少需要14個(gè)參數(shù)：密度、壓縮波速、剪切粒度、剪切模量、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、聲吸收系數(shù)、熱膨脹系數(shù)等，只有為數(shù)不多的物質(zhì)如水、鐵、鋁等上述參數(shù)已有了很好了解，而大多數(shù)待測物質(zhì)要測定這些參數(shù)非常困難，甚至有的是不可能測得的。因此，超聲譜法的準(zhǔn)確度與其他粒度分析方法相比有一定的不確定性，方法本身有其不可克服的缺陷。
3.動(dòng)態(tài)光散射法近年來有哪些進(jìn)展？
動(dòng)態(tài)光散射法測量納米顆粒的基本原理是基于納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了多種測量方法，其中光子相關(guān)光譜法（photon correlation spectroscopy，PCS）得到了最廣泛的應(yīng)用。目前市場上絕大部分納米顆粒測量儀器都是基于光子相關(guān)光譜法技術(shù)，以至于過去文獻(xiàn)常將動(dòng)態(tài)光散射法等同于光子相關(guān)光譜法。
近年來出現(xiàn)了一些同樣基于動(dòng)態(tài)光散射原理，但測量方法完全不同的新的動(dòng)態(tài)光散射納米顆粒測量方法。這些方法不僅可以克服現(xiàn)有PCS的不足，有些還可以提供更多的信息，使得納米顆粒測量技術(shù)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。下面介紹近年來發(fā)展的幾種新的納米顆粒測量技術(shù)。
1) 可視動(dòng)態(tài)光散射法
該方法由英國NanoSight Company的Carr博士提出。它的基本原理是懸浮在液體中的納米顆粒在激光照射下，由于顆粒的折射率與液體不同，會(huì)產(chǎn)生散射，形成光質(zhì)點(diǎn)。連續(xù)拍攝光質(zhì)點(diǎn)的布朗運(yùn)動(dòng)圖像，記錄下顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，再對(duì)這些運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行處理，就可以由Stocks-Einstein公式得到顆粒的粒度。在該方法中由于是對(duì)每個(gè)顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤及數(shù)學(xué)處理，所以可以得到比現(xiàn)有PCS法高得多的粒度分辨力。
對(duì)于團(tuán)聚顆粒，其散射光質(zhì)點(diǎn)的形狀與單顆粒的形狀不同，很容易區(qū)分，因此，采用該方法可以比較有效地測量易團(tuán)聚的顆粒，以及不同物質(zhì)的混合顆粒。
顯微鏡在使用時(shí)視野和景深是確定的，也就是說測量體積是確定的，因此記錄下測量體內(nèi)的所有顆粒數(shù)，還可以得到顆粒的濃度。
由于這種方法直接觀察納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，所以將這種方法稱為“可視動(dòng)態(tài)光散射法”。
2) 電泳誘導(dǎo)光柵動(dòng)態(tài)光散射法
該方法由日本島津公司于2009年提出，其基本原理是納米顆粒懸浮液在交替布置的電極片上會(huì)隨電極極性的交替改變產(chǎn)生濃度變化。當(dāng)電極帶電時(shí)，納米顆粒會(huì)在電場作用下向正極運(yùn)動(dòng)，形成高濃度區(qū)域，產(chǎn)生光柵效應(yīng)。然后將電極改變極性，納米顆粒會(huì)向反方向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，該誘導(dǎo)光柵逐漸消失。粒度大的顆粒擴(kuò)散速度較慢，而粒度小的顆粒擴(kuò)散速度較快。如果一束激光透過該誘導(dǎo)光柵產(chǎn)生的散射光被光電探測器所接收，根據(jù)測得的散射光變化過程，用Stocks-Einstein公式，可以得到顆粒的粒度分布。
在該方法中測量的是納米顆粒形成的誘導(dǎo)光柵的散射光，不是納米顆粒的散射光，因此該法具有很高的信噪比和很好的重復(fù)性，同時(shí)對(duì)混入樣品中的少量較大雜質(zhì)顆粒不敏感�？捎糜诟邼舛燃{米顆粒測量。據(jù)報(bào)道該方法的測量下限可達(dá)0.5nm。
3) 后向動(dòng)態(tài)光散射法
在應(yīng)用傳統(tǒng)的光子相關(guān)光譜法時(shí)，為了避免多次散射(Multiple scattering)，對(duì)樣品的濃度有嚴(yán)格限制，在90°采光時(shí)試樣在工作波長處的吸光度不宜超過0.04。在這一限制下，傳統(tǒng)光子相關(guān)光譜法樣品的濃度極低，外觀是澄清透明的。實(shí)際上，大多數(shù)膠體產(chǎn)品原樣的體積濃度在5 %以上，外觀是渾濁的，用傳統(tǒng)光子相關(guān)光譜法分析前不得不對(duì)之作高倍率的稀釋，這既不便于使用，又可能會(huì)破壞膠體的穩(wěn)定性；另一方面，傳統(tǒng)光子相關(guān)光譜法的粒度分析很容易受到外界污染的干擾，由此，可用于高濃度納米級(jí)膠粒粒度分析的后向動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
提高測量濃度的解決方案是保證散射體積足夠小，降低多次散射光在信號(hào)光中的比重。此外，將發(fā)射端和接收端布置于試樣的同側(cè)，即測量后向散射光信號(hào)，并適當(dāng)控制散射區(qū)域大小，可以獲得更理想的抑制多次散射的效果。據(jù)報(bào)道Cordouan Technologies公司的VASCO粒度分析儀采用該方案將體積測量濃度提高到40%。
后向散射光測量的另一種改進(jìn)見圖2。激光器發(fā)出的光經(jīng)2+1光耦合器進(jìn)入一單模光纖，在該單模光纖出射的測量光被納米顆粒散射后，其后向散射光又被該單模光纖接收，疊加在被該單模光纖端部內(nèi)表面反射的測量光上，疊加了信號(hào)光的反射光在光纖內(nèi)返回，經(jīng)光耦合器和光纖到達(dá)光探測器被檢測。對(duì)檢測到的隨機(jī)信號(hào)作傅里葉變換得到該信號(hào)的功率譜，然后對(duì)不同頻段的功率譜信號(hào)用Stocks-Einstein公式處理，就可以得到納米顆粒的粒度分布。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是適合于高濃度納米顆粒測量，因采用單模光纖作為信號(hào)傳感器件直接測得顆粒的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，不再需要昂貴復(fù)雜的相關(guān)器，極大降低了儀器的成本和簡化了結(jié)構(gòu)，而且易于實(shí)現(xiàn)在線測量，用于過程控制。由于該方法測量的是高濃度納米顆粒，因此對(duì)混入樣品的少數(shù)較大粒徑雜質(zhì)顆粒不敏感。
4.什么是X光小角散射法？
當(dāng)X光穿過存在微觀不均勻區(qū)（如超微顆粒、微孔、雜質(zhì)、位錯(cuò)、空穴等散射體）的介質(zhì)時(shí)，將發(fā)生散射現(xiàn)象，由于散射體大小比X光波長大的多，散射的角域很�。�±2°左右），故稱X光小角散射。
對(duì)單個(gè)球狀顆粒，散射強(qiáng)度
I=I0m2Φ2(KR)
其中
m：顆粒中的電子數(shù)與同體積的周圍介質(zhì)中的電子數(shù)之差，可寫為m=ρeV(R)，ρe為顆粒與其周圍介質(zhì)的電子密度差
X光小角散射儀已有進(jìn)口商品儀器，其粒度測試范圍為0.003μm~0.5μm。方法要注意兩點(diǎn)：1，如同激光粒度儀一樣，有復(fù)散射問題；2，由于X光散射與顆粒中電子數(shù)有關(guān)，因此，當(dāng)顆粒表面氧化（如金屬顆粒）或表面吸水（如氧化物等）時(shí)，電子數(shù)會(huì)變化，計(jì)算需要修正。
5.何謂氣溶膠？其顆粒度測量有哪些方法？
氣溶膠是指煙、霧、霾、飄塵、揚(yáng)塵等在氣體載體中懸浮有固體和/或液體微粒所組成的穩(wěn)定多相體系，顆粒尺寸范圍很大，從納米級(jí)到毫米級(jí)的揚(yáng)沙、雨滴，甚至厘米級(jí)的冰雹。
氣溶膠顆粒的壽命，即在大氣中的停留時(shí)間，和顆粒大小、形狀、化學(xué)成分及所處的大氣高度有關(guān)，微細(xì)顆粒因布朗運(yùn)動(dòng)相互碰撞、兼并，變成大的顆粒，從而因重力沉降而降到地面。
房間內(nèi)的潔凈度和天氣預(yù)報(bào)的大氣顆粒物是氣溶膠測量中最常見的，通常用粒子計(jì)數(shù)器。在實(shí)驗(yàn)室中和工業(yè)上，氣溶膠的分級(jí)、凈化用的淘洗法、濾膜法、旋風(fēng)分離器、噴射撞擊器、離心分級(jí)器、靜電分級(jí)器（也叫電遷移分析）、擴(kuò)散電池等，都是在用的氣溶膠顆粒度的測量方法。
實(shí)際上，粉體行業(yè)用的一些粒度測量方法，如激光粒度法、圖像法、光散射法等，在氣溶膠的粒度測量工作中也早有研究和應(yīng)用。
6.什么叫Zeta電位？
分散在液體（特別是水）中的顆粒因其表面上可解離基團(tuán)的解離、顆粒對(duì)液體中離子的選擇性吸附、晶體顆粒內(nèi)部的晶格取代以及固液兩相對(duì)電子親和性不同等原因，致使顆粒表面帶電。帶電顆粒周圍的溶液中會(huì)富集帶相反符號(hào)的離子（即反離子），其中一部分反離子與顆粒表面緊密結(jié)合，構(gòu)成固定吸附層，或稱Stern層。其余的反離子由于靜電吸引和熱擴(kuò)散兩種相反作用的平衡，在顆粒周圍于溶液中呈擴(kuò)散狀分布。顆粒表面電荷與溶液中呈擴(kuò)散狀分布的反離子間構(gòu)成所謂的擴(kuò)散雙電層。如果對(duì)這種固/液分散體系施加一個(gè)直流電場，則帶電顆粒將向相反電性的電極方向作定向運(yùn)動(dòng)，此即電泳現(xiàn)象。如果顆粒不能運(yùn)動(dòng)，如在充滿液體的毛細(xì)管情況，則會(huì)看到液體在電場作用下的定向運(yùn)動(dòng)，此即電滲現(xiàn)象。電泳和電滲是兩種最常見到的電動(dòng)現(xiàn)象。
帶電的顆粒表面與溶液內(nèi)部的電位差稱為顆粒的表面電位，它使顆粒做電泳運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶著固定吸附層和部分（與顆粒表面緊密結(jié)合的）溶劑分子一起運(yùn)動(dòng)，與液體之間形成滑動(dòng)面，此滑動(dòng)面與液體內(nèi)部的電位差被稱為電動(dòng)電位或Zeta電位。
7.Zeta電位測量有何意義？如何測量？
顆粒的表面電位通常無法測量，但Zeta電位是可以直接測量的。通常，雙電層越厚，Zeta電位越高，這里起作用的是Zeta電位的絕對(duì)值，與正電還是負(fù)電的符號(hào)無關(guān)。雙電層的存在是分散體系穩(wěn)定與否的一個(gè)重要因素，當(dāng)帶電的顆粒在溶液中相互接近時(shí)，顆粒周圍的雙電層發(fā)生交聯(lián)，產(chǎn)生靜電排斥作用，從而阻止顆粒進(jìn)一步靠近，避免凝聚。分散劑或說表面改性劑的選擇，很重要的一條原則就是必須與顆粒表面的電性相匹配，如果顆粒表面荷正電，分散劑應(yīng)帶負(fù)電。Zeta電位測量通常利用電泳方法，帶電的顆粒在電場作用下運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度（稱電泳速度）與Zeta電位呈正比關(guān)系，理論上可以計(jì)算。
測量Zeta電位最簡單的辦法是用顯微鏡直接觀察顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)，根據(jù)顆粒的運(yùn)動(dòng)方向可以判斷顆粒的帶電符號(hào)，由顆粒的運(yùn)動(dòng)速度和電場的大小可以計(jì)算出Zeta電位。
8.為什么不同粒度儀測出的粒度結(jié)果不同，甚至有較大差別？
在粒度測量中我們常常會(huì)遇到這樣的情況：同一個(gè)樣品，不同的儀器往往測出不同的結(jié)果。一些粉體生產(chǎn)廠家和用戶往往會(huì)根據(jù)各自粒度數(shù)據(jù)來評(píng)判產(chǎn)品質(zhì)量，從而產(chǎn)生種種分歧。所以粒度測量數(shù)據(jù)的不一致性是目前粒度測量中的一個(gè)普遍現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有以下兩個(gè)方面：第一，自然界中顆粒是不規(guī)則的，即非球形的，由于不同設(shè)計(jì)原理的儀器所測出的等效粒徑不同，所以測量結(jié)果不同；第二，選擇粒度測量方法的基準(zhǔn)不同，所得到的粒度值會(huì)有較大差異。
因此，不同原理的粒度儀器，對(duì)同一樣品得到不同粒度測量結(jié)果是正常的，如果測量一致，反而不正常了，除非是標(biāo)準(zhǔn)球形樣品。
9.用戶如何選擇粒度儀？
用戶選擇粒度儀主要依據(jù)有以下幾點(diǎn)：
1、所測的粉體的粒度范圍：<0.1μm， 0.1μm~1μm或>1μm；
2、用于常規(guī)檢驗(yàn)的檢測量數(shù)量很大，應(yīng)選擇快速、可靠、操作方便、并對(duì)生產(chǎn)過程有一定指導(dǎo)意義的粒度儀，當(dāng)然還應(yīng)了解用戶的粉體在國內(nèi)外銷售的主要客戶的要求，或說歷史上遺留的約定方法；
3、如果檢測量不大，粒度>5 μm，可選用設(shè)備便宜的方法，如移液管法等重力沉降法；
4、取樣問題。如樣品貴賤、取樣是否有代表性、取樣方法、樣品的分散難易程度等；
5、有時(shí)還應(yīng)考慮所測粉體的性質(zhì)及應(yīng)用場合，如混合粉，只能用顯微鏡、電鏡或圖像方法測；有的待測對(duì)象是霧珠、氣溶膠等，則必須選特定的方法；還有動(dòng)態(tài)過程的在線測量，測量快速是很重要的；還如，一些粉的性質(zhì)決定了方法選擇，如鹵化銀，感光能力與截面積有關(guān)，與形狀關(guān)系不大，則應(yīng)選擇測量基準(zhǔn)與截面積有關(guān)的方法；
6、一定要了解各測量方法在應(yīng)用上的限制。
10.顆粒測試的標(biāo)準(zhǔn)化工作
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）分管顆粒測量的是TC24專業(yè)委員會(huì)，下設(shè)4個(gè)分會(huì)，但除了顆粒測試部分的SC4分會(huì)，其它分會(huì)已多年不活動(dòng)了。TC24/SC4負(fù)責(zé)除篩分以外的所有顆粒測試分析方法的標(biāo)準(zhǔn)制定。在我國，有關(guān)顆粒測試的通用標(biāo)準(zhǔn)，主要?dú)w口在國標(biāo)委下全國篩網(wǎng)篩分和顆粒分檢方法標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、全國微束分析標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)以及2005年批準(zhǔn)成立的全國納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前為止，新發(fā)布的顆粒測試的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已有30多項(xiàng)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)超百項(xiàng)，主要涉及粉體材料、多孔材料的一些粉體行業(yè)，詳細(xì)目錄可登陸國家標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)站 http://www.sac.gov.cn查閱。
（注：文章部分內(nèi)容來源于《顆粒測試基礎(chǔ)知識(shí)100問》）
