一种纳米颗粒溶液浓度测量装置及测量方法

摘要

本发明揭示了一种纳米颗粒溶液浓度测量装置及测量方法，测量装置包括激光器、中间有小孔的反射镜、透镜、孔径光阑、样品池、光电检测器，激光器发射出的激光通过中间有小孔的反射镜，再经过由2个聚集透镜和孔径光阑组成的空间滤波装置，由透镜聚焦在样品池内的颗粒溶液上，被激光束照射的样品颗粒溶液产生的散射光再由入射聚焦透镜收集后，通过空间滤波装置，以及反射镜的反射，最后由透镜聚焦在光电倍增管上，由光电倍增管将光信号转换成电信号，由数字相关器和微机进行分析运算。本发明解决了原有动态光散射测量装置和方法无法测量溶液浓度的问题；可测量直径在10nm-1000nm，体积百分比浓度在0.001%-1%之间的纳米颗粒溶液浓度。

主权项

1.利用纳米颗粒溶液浓度测量装置的测量方法，其特征在于：纳米颗粒溶液浓度测量装置包括激光器、中间有小孔的反射镜、透镜、孔径光阑、样品池、光电检测器，激光器发射出的激光通过中间有小孔的反射镜，再经过由2个聚集透镜和孔径光阑组成的空间滤波装置，由透镜聚焦在样品池内的颗粒溶液上，被激光束照射的样品颗粒溶液产生的散射光再由入射聚焦透镜收集后，通过空间滤波装置，以及反射镜的反射，最后由透镜聚焦在光电检测器上，由光电检测器将光信号转换成电信号，由数字相关器和微机进行分析运算；所述测量方法包括如下步骤：1)用激光器作为光源，通过中间有小孔的反射镜，由透镜聚焦到盛有颗粒的样品池内；2)用光电倍增管作为光电检测器以180度的散射角连续测量散射光信号；3)光电探测器将测得的光信号转换成TTL脉冲电压信号，该脉冲电压信号的频率变化反映散射光的光强波动；数字相关器根据脉冲信号计算出自相关函数；4)调节孔径光阑的小孔直径，得到光滑平稳的散射光强自相关函数曲线，此时的自相关函数表达式为：g¹(τ)＝1+exp(-2Dq²τ)     （1）式中，为颗粒布朗运动强度的平移扩散系数，其中k_B为Boltzman常数；T为绝对温度；η为溶液粘度；d为颗粒直径；q为散射矢量；5）减小孔径光阑的小孔直径，从而减小散射体的体积，当散射体内的平均颗粒数小于100时，原本光滑的散射光强自相关函数出现波动，这时的自相关函数表达式为：$g^2\left(\tau \right)=1+\exp (-2D{q}^2\tau )+\gamma \frac{1}{<N>}{(1+\frac{4\mathrm{D\tau }}{r^2})}^{-1}{(1+\frac{4\mathrm{D\tau }}{a^2})}^{-1/2}---\left(2\right)$式中，r为孔径光阑直径，a为孔径的厚度，<N>为散射体内的颗粒数；散射体的体积V为孔径光阑的透过体积：V＝πr²a     （3）6)微机将式（2）减式（1）得到由于散射体内颗粒数波动引起的光强波动函数：$g^3\left(\tau \right)=\gamma \frac{1}{<N>}{(1+\frac{4\mathrm{D\tau }}{r^2})}^{-1}{(1+\frac{4\mathrm{D\tau }}{a^2})}^{-1/2}---\left(4\right)$结合式（3）得到所测溶液浓度C；