[发明专利]一种纳米颗粒粒度测量装置及方法

权利要求书

1.一种纳米颗粒粒度测量装置，其特点是，该测量装置由激光源(1)、第一透镜（2）、样品池(3)、第二透镜(4)、面阵光敏器件(5)和计算机（6）构成，激光源（1）发出的激光束经第一透镜（2）汇聚后照射到样品池（3）中的纳米颗粒，在入射激光照射下样品池（3）中作布朗运动的颗粒产生动态光散射信号，这些颗粒的动态光散射信号经过第二透镜（4）后汇聚，被布置在透镜焦面上的面阵光敏器件相机（5）以Δτ时间间隔记录，获得2幅纳米颗粒运动的动态光散射信号图像信号输送到计算机（6），由计算机（6）采用相关算法计算这2幅图像的相关系数，根据相关系数的大小，确定纳米颗粒的粒度。

2.根据权利要求1所述的纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，所述的第二透镜（4）后还置有半透半反棱镜（7），针对所述的半透半反棱镜（7）的第一出射面B和第二出射面C分别置有第一面阵光敏器件相机（5）和第二面阵光敏器件相机（8），激光源（1）发出的激光束先经第一透镜（2）汇聚后入射到样品池（3），其颗粒的动态散射光经第二透镜汇聚后进入半透半反棱镜入射面A，然后分别在第一出射面B和第二出射面C被第一面阵光敏器件相机（5）和第二面阵光敏器件相机（8）接收，由计算机控制第一面阵光敏器件相机（5）和第二面阵光敏器件相机（8）以时间间隔Δτ分别拍摄，获得二幅图像，送入计算机（6）；由计算机（6）采用相关算法计算这两幅图像的相关系数，根据相关系数的大小，确定纳米颗粒的粒度。

3.根据权利要求1、2所述的纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，纳米颗粒粒度测量装置，其特征在于，所述的面阵光敏器件相机为CCD或CMOS相机。

4. 一种利用上述装置的纳米颗粒粒度的测量方法，其特征在于，该方法步骤为：

（1）将由激光光源发出的激光束经汇聚透镜汇聚后入射到样品池，样品池中加有被测纳米颗粒，纳米颗粒会对入射激光产生散射，由于布朗运动，这些散射光斑是随机涨落的；

（2）用面阵光敏器件相机以间隔时间为Δτ拍摄2幅纳米颗粒的动态光散射图像，拍摄图像的间隔时间Δτ根据被测纳米颗粒的粒度调整，从微秒到毫秒；

（3）然后采用2维相关算法对2幅图像的相关性进行分析，得到相关系数G(Δτ);

（4）根据动态光散射的自相关函数

                                                             （1）

式中， 为衰减线宽，τ为衰减时间

以及Stocks-Einstein公式

            （2）

式中，K_B是波尔兹曼常数，T为热力学温度，η为分散介质的动力粘度，d是被测纳米颗粒的粒度；

衰减线宽与表征颗粒布朗运动的扩散系数D_T以及散射矢量存在如下关系：

                             （3）

散射矢量q与散射角θ以及光波波长的关系为：

                         （4）

式中，θ为散射角，是面阵光敏器件相机中心到测量区连线与入射光轴线的夹角，为已知值；为光波在真空中的波长；为分散介质的折射率；

将Δτ代入式（1）中的τ，以及相关系数G(Δτ)，由式（1）得到衰减线宽，再由式（3）、式（4）和式（2），由求得的相关系数G(Δτ)和已知的测量时间间隔Δτ以及温度T等已知参数就可以求得D_T；

（5）根据求得的D_T，由式（2）可得到纳米颗粒的粒度d。