动态光散射激光粒度仪的特点及其应用

　　随着纳米科学技术的发展，近年来，出现了各种关于测定纳米、超微米级颗粒粒度的分析方法如筛分法、沉降法、显微镜法、电感应法、光散射法、图像分析法等[1]。其中基于光散射法的激光粒度仪，因其测试速度快、测量范围宽、重复性和真实性好、自动化程度高等特点，已在纳米材料研究领域得到了广泛的应用。

　　根据动态光散射原理设计的颗粒测试技术是一种新技术，近年来获得了快速发展。国内的代表产品有济南微纳的 Winner801 纳米粒度仪，测试范围达到 1 ～ 3500nm;丹东百特的 BT-90 动态光散射纳米激光粒度仪，测试范围为 1 ～ 9500nm[2]。国外的代表产品有美国 BECKMAN COULTER 公司的DelsaTMNano 系列，测试范围为 0.6 ～ 7000 nm，符合最新的动态光散射国际标准：ISO 22412：2008。

　　本文重点介绍了动态光散射激光粒度仪测量原理和代表仪器 DelsaTMNano C 的主要性能，详细分析了影响其测试结果准确性的主要因素，并简要叙述了其应用情况。

　　1　动态光散射激光粒度仪测量原理

　　激光粒度仪是专指通过颗粒的衍射或散射光的空间分布(散射谱)来分析颗粒大小的仪器。根据能谱稳定性分为：静态光散射激光粒度仪和动态光散射激光粒度仪。

　　悬浮在液体中的颗粒由于同溶剂分子的随机碰撞而发生布朗运动，这种运动会造成颗粒在整个媒介中扩散。根据斯托克斯爱因斯坦方程：

　　D：扩散系数

　　kB：波耳兹曼常数

　　T：绝对温度

　　ηo：粘度

　　d：流体力学直径

　　此方程表明，扩散系数与粒度成反比。

　　光子相关光谱分析法 (PCS)[3]是一种用于测定液体中小颗粒扩散系数的技术，通过精确地测量颗粒的光散射强度与时间的函数关系来测定该系数。

　　当颗粒小到一定的程度时，颗粒在液体中受布朗运动的影响，呈一种随机的运动状态，当激光向颗粒照射时，激光光线会向所有方向散射，散射光波动频率包含了颗粒大小的信息，对于快速运动的较小颗粒，波动将会快速发生;而对于较慢运动的较大颗粒，波动会慢一些。散射光于某一选定的角度被收集，由高灵敏度探测器测量，对散射光进行相关的运算就可以测出粒度信息。

　　因此通过观察布朗运动以及测定液体媒介中颗粒的扩散系数，就可以得知颗粒的粒径。

　　2　Zeta 电位测量原理

　　Zeta 电位测量是基于电泳光散射原理，也可以解释为多普勒效应。当给悬浮液中的带电粒子施加电场时，粒子会朝着与其表面电荷相反电荷的电极移动，用电泳光散射测定粒子的移动速度，即用一束激光照射粒子，粒子就会发出散射光，检测散射光的频率偏移，便可测量出粒子的电泳淌度，根据斯莫卢霍夫斯等式公式就可以求出 Zeta 电位。