[发明专利]一种高分辨率散射光谱颗粒粒径测量方法和系统

说明书

本发明提供一种高分辨率散射光谱颗粒粒径测量方法和系统，该方法包括：基于Mie散射理论，引入角散射效率因子对待测颗粒的散射光谱进行模拟，根据散射光谱中谱峰位移与颗粒粒径和散射角的关系，选取所要观测的散射谱峰和散射角度；根据散射光谱中谱峰位移与颗粒粒径和散射角的关系，建立谱峰峰值波长与颗粒粒径的关系作为定标模型；测量待测颗粒的散射光谱，并利用所述定标模型确定待测颗粒粒径。本发明只需对测量的散射光谱进行谱峰定位即可实现粒径测量，数据处理简便，且具有极高的测量分辨率。

技术领域

本发明涉及颗粒粒径测量技术领域，具体地，涉及一种高分辨率散射光谱颗粒粒径测量方法和系统。

背景技术

颗粒物粒径是反映颗粒物某些性质及其与其他物质作用规律的重要指标，而且很多情形下，微小的粒径变化就能引起较大的物理化学性质变化，比如：监测发育异常细胞的细胞核粒径大小的微小变化有助于癌症早期诊断；微米级陶瓷颗粒粒径微小变化会对以此做增强相的金属基复合材料的组织和力学性能产生较大的影响；纳米药物的微小粒径变化会导致药物的组织穿透力发生较大的改变等等。因此，颗粒物粒径的高精度和高分辨率测量具有重要意义。光散射法与颗粒粒径测量的非光学方法(如沉降法、筛分法等)相比具有适应性强、无接触等优点，逐渐成为目前应用最为广泛的颗粒测量技术。光散射法主要包含：侧向散射法、散射相关光谱法、动态光散射法、暗场显微技术以及散射光谱法。侧向散射法量程和精度受到“多值”问题的限制；散射相关光谱法和动态光散射法测量时间较长，快速响应性能不足；暗场显微技术光路结构复杂，测量条件苛刻，难以实现现场测量。

研究表明，即使颗粒粒径的变化小于入射光波长的十分之一，散射光谱也能发生明显的变化，因此散射光谱法具有高精度、高灵敏度、高分辨的特点，被广泛应用到颗粒粒径测量中。散射光谱的振荡特性与颗粒的大小息息相关，并且该特性在180°散射角时最为明显，因此目前散射光谱技术主要是通过观测后向散射光谱的振荡特性进行确定颗粒粒径大小。为了分析光谱的振荡特性，后向散射光谱法需要对某一波长范围内的散射光谱进行傅里叶分析、一阶导数谱分析或者功率谱分析等处理，建立某一特定物理参数与颗粒粒径之间的关系，进而实现对颗粒粒径进行测量，测量的精度和分辨率受谱段的选取影响较大。为了提高测量精度，现有的后向散射光谱法将上述光谱处理方法与相关运算相结合，对实际测量的后向散射光谱与理论散射光谱数据库进行逐一相关运算，进而提高粒径测量的精度，因此，基于光谱振荡特性分析的后向散射光谱法数据处理过程复杂，不利于实现颗粒粒径的实时测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于散射光谱峰值波长测定的高分辨率散射光谱颗粒粒径测量方法和系统，通过直接测量散射光谱得到峰值位置对粒径进行测量，消除了基于散射光谱振荡特性粒径测量技术的计算复杂、测量结果易受谱段选取干扰的缺点，并且该方法具有高于其他散射光谱技术和显微成像方法的测量分辨率。

根据本发明的一个方面，提供一种高分辨率散射光谱颗粒粒径测量方法，该方法包括：

基于Mie散射理论，引入角散射效率因子对待测颗粒的散射光谱进行模拟，根据散射光谱中谱峰位移与颗粒粒径和散射角的关系，选取所要观测的散射谱峰和散射角度；

根据散射光谱中谱峰位移与颗粒粒径和散射角的关系，建立谱峰峰值波长与颗粒粒径的关系作为定标模型；

测量待测颗粒的散射光谱，并利用所述定标模型确定待测颗粒粒径。