[发明专利]一种纳米颗粒测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置及其测量方法，尤其涉及一种纳米颗粒测量装置及其测量方法。

背景技术

纳米颗粒粒度测量，目前常用的仪器有放大能力为几十万倍的电子显微镜和基于光子相关光谱法(简称PCS)的纳米粒度仪。这两种仪器主要靠进口，存在价格昂贵，不易普及等问题。比如，纳米粒度仪采用动态光散射原理和光子相关光谱技术，根据颗粒在液体中布朗运动的速度测定颗粒大小。为了保证了测试结果的真实性和有效性，纳米粒度仪的探测器需要采用专业级高性能光电倍增管(PMT)，对光子信号具有极高的灵敏度和信噪比，从而保证了测试结果的准确度。此外，使用PCS技术测定纳米级颗粒大小，必须能够分辨纳秒级信号起伏，因此，纳米粒度仪的核心数字相关器需要具有识别8ns的极高分辨能力和极高的信号处理速度。

随着技术进步，目视式的显微镜已装上CCD摄像头或数码相机，与计算机结合，组成功能强大的“数码显微镜”(CCD显微镜)。CCD显微镜，也可以称为显微镜成像系统、显微镜摄像头等，是数码显微镜最重要的配件之一，主要是对显微图片进行拍摄并传输到计算机上，能够使显微镜上观察到的图像输出到计算机，对这些显微图片进行比对、分析。CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件，可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。但其成像方式仍是在几何光学成像原理范畴内，放大能力仍只有1-2千倍，所以仍只能观测到微米级的物体。因此，有必要改进现有的CCD显微镜及其测量方法，将普通数码显微镜的测量范围从毫米级、微米级拓宽至钠米级，保证测量精度和稳定性，降低生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米颗粒测量装置及其测量方法，既能保证测量精度和稳定性，又能大大降低生产成本，且结构简单，易于推广使用。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种纳米颗粒测量装置，包括水平设置的样品池，所述样品池的上方设有CCD显微镜，所述CCD显微镜和计算机相连，其中，所述样品池下方设有半导体激光器，所述半导体激光器的光轴和样品池呈10°～80°的倾斜角度设置。

进一步地，所述样品池的紫铜块紧靠着半导体控温装置，所述半导体控温装置包括中空的半导体制冷器，所述半导体制冷器的冷端陶瓷面紧靠在样品池的紫铜块底部，所述半导体制冷器热端陶瓷面设有集热环和散热器。

进一步地，所述半导体激光器的功率为3～5mw，波长为400nm～650nm。

进一步地，所述散热器、集热环、半导体制冷器和样品池设置在CCD显微镜的载物台上。

进一步地，所述CCD显微镜的正下方沿垂直方向设有显微镜照明光源。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述纳米颗粒测量装置的测量方法，包括如下步骤：a)在样品池内放置含待测纳米颗粒的液体；b)控制半导体激光器的俯仰角度，使得样品池内纳米颗粒产生动态光散射光点进入CCD显微镜的视场范围；c)CCD显微镜读取样品池内纳米颗粒的动态光散射光点并送往计算机；d)计算机跟踪纳米颗粒的动态光散射光点的运动轨迹，按照爱因斯坦的布朗运动方程，计算出纳米颗粒的粒径。

进一步地，所述步骤b)中半导体激光器的波长为400nm～650nm，俯仰角度为10°～80°。

进一步地，所述样品池带有半导体控温装置，所述半导体控温装置包括中空的半导体制冷器，所述半导体制冷器的冷端陶瓷面紧靠在样品池的紫铜块底部，所述半导体制冷器热端陶瓷面设有集热环和散热器；所述步骤b)中通过控制半导体制冷器的功率使得样品池中的液体温度保持在15度-25度。

进一步地，所述步骤b)中半导体激光器的功率为3～5mw。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的纳米颗粒测量装置及其测量方法，在CCD显微镜(数码显微镜)上增加半导体激光器，所述半导体激光器和样品池呈一定的倾斜角度设置使得样品池内纳米颗粒产生动态光散射光点，依据爱因斯坦的布朗运动方程，从而测量几十纳米至几个纳米的颗粒粒径及其粒径分布，将普通数码显微镜的测量范围从毫米级、微米级拓宽至钠米级，既能保证测量精度和稳定性，又能大大降低生产成本，且结构简单，易于推广使用。