专利名称：同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于动态光散射原理的颗粒粒度测量装置及方法，特别涉及一种 采用面阵光敏器件连续检测颗粒的布朗运动从而得到纳米、亚微米和微米颗粒粒度及分布 的测量装置及方法。
背景技术：
颗粒测量的最主要方法有基于光散射理论的激光粒度仪，在激光粒度仪中是测量 颗粒的静态散射光。其基本原理是当激光入射到被测颗粒时，颗粒会散射入射激光，其散射 光能的空间分布与颗粒的大小有关，测量其散射光能的空间分布，然后应用光散射理论和 反演算法可以获得被测颗粒的粒度分布。在这种测量方法及基于该方法发展的激光粒度仪 中，因为只考虑颗粒的散射光强与颗粒大小的关系，所以称为静态光散射法测量。这种方法 适用于亚微米颗粒到微米颗粒的粒度测量，受静态光散射原理的限制，不能测量纳米颗粒 的粒度。纳米颗粒的粒度测量主要有电子显微镜和基于动态光散射理论而发展的多种动 态光散射纳米颗粒粒度测量方法，其中最主要的是光子相关光谱法Wioton correlation spectroscopy,简禾尔 PCS0PCS纳米颗粒粒度测量方法的基本原理是当一束激光入射到被测纳米颗粒样品 时，由于纳米颗粒在液体中的布朗运动，其散射光会发生脉动，其脉动频率的高低与颗粒 的扩散系数有关，而扩散系数久与颗粒的粒度大小有关，颗粒的扩散与粒度的关系可以用 Stocks-Einstein 公式描述
权利要求
1.一种同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征在于，该测量装置 从左到右由激光源、样品池、透镜、面阵光敏器件同轴布置构成，激光源发出的激光束入射 激光照射到样品池中的颗粒，在入射激光照射下样品池中作布朗运动的颗粒产生动态光散 射，这些颗粒的动态光散射信号经过透镜后汇聚，被布置在透镜焦面上的面阵光敏器件连 续记录，产生M幅时间序列的颗粒运动的连续图像，所述的连续图像上颗粒光散射产生的 光点形成了被测颗粒的布朗运动轨迹。
2.一种利用权利要求1所述测量装置的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗 粒粒度的方法，其特征在于，该方法具体步骤为将由激光光源发出的激光束入射到样品池，样品池中加有水或其他颗 粒分散液体；用面阵光敏器件拍摄这时的背景光信号图像并记录； 在样品池中加入被测颗粒样品；连续拍摄并记录保存至少一幅以上颗粒的动态光散射图像； 在得到至少一幅以上连续的颗粒动态光散射图像后，先根据背景光图 像用小波变换、滤波算法或其它信号去噪算法对颗粒动态光散射信号图像进行处理， 消除背景光的噪音；对消除噪音后的颗粒动态光散射信号选用下述2种数据处理方法之 一进行处理，得到颗粒的粒度及分布a.将每幅图像分割成N个网格，其每个网格中多个颗粒光点信号取平均值，再将连续 采集获得的该幅图像中相应网格的信号构成时间序列信号，这样共可以构成N个时间序列 信号，由于颗粒的布朗运动，构成的散射光强时间序列信号将是脉动信号，对其做功率谱处 理，分析各脉动频率段的功率谱信号，然后应用Mocks-Einstein公式
3.根据权利要求1所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征 在于，所述的样品池布置在接收透镜的后面，激光源发出的激光束先经透镜后入射到样品 池，其颗粒的动态散射光再被面阵光敏器件或摄像机连续接收记录，获得连续变化散射光 点空间分布运动图像序列。
4.根据权利要求1、3所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特 征在于，所述的激光光源后置有转角棱镜，以减小测量装置的尺寸，由激光光源发出的激光束经转角棱镜转动90度后，入射到透镜或样品池。
5.根据权利要求1所述的动态图像动态光散射纳米颗粒粒度装置，其特征在于，在所 述的面阵光敏器件和样品池之间布置了道威棱镜来改变散射光的路径，激光束经透镜后入 射到在样品池中的被测颗粒，作布朗运动的颗粒的动态散射光在转角棱镜中经2次全反射 后到达面阵光敏器件，面阵光敏器件连续记录颗粒的动态光散射信号，获得时序图像。
6.根据权利要求3所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征 在于，面阵光敏器件布置在入射激光束侧向小于180度，大于0度角位置，面阵光敏器件在 侧向测得颗粒的动态光散射信号，根据侧向测得的颗粒动态散射光信号进行数据处理，得 到纳米颗粒的粒度。
7.根据权利要求3所述的同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置，其特征 在于，所述的面阵光敏器件由2个面阵光敏器件组成，所述2个面阵光敏器分别布置在激光 源发出的入射激光束的前向0度位置和侧向小于180度角位置，同时测量颗粒的前向和侧 向动态散射光。
8.根据权利要求1-7所述的动态图像动态光散射纳米颗粒粒度测量装置，其特征在 于，面阵光敏器件采用CXD和CMOS相机。
全文摘要
本发明公开了一种同时测量多颗粒的动态光散射纳米颗粒粒度的装置及方法，特点是，装置是由激光源、样品池、透镜、面阵光敏器件同轴布置构成。激光束照射到样品池中的颗粒，样品池中作布朗运动的颗粒产生动态光散射，这些颗粒的动态光散射信号经过透镜后汇聚，被面阵光敏器件连续记录，产生M幅时间序列的颗粒运动的连续图像，连续图像上颗粒光散射产生的光点形成了被测颗粒的布朗运动轨迹。本发明的有益效果是利用面阵数字相机可同时测量许多颗粒的动态光散射信号，对所有这些颗粒的动态光散射信号进行处理，就可以得到颗粒的粒度分布，大大减少了测量时间，而且可以同时测量粒度从纳米到微米分布范围较宽的颗粒。
文档编号G01N15/02GK102109454SQ20111006427
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者苏明旭, 蔡小舒 申请人:上海理工大学