[发明专利]一种多角度测量纳米粒度的检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种多角度测量纳米粒度的检测装置，包括：激光发射器、透镜、样品池、探测器以及计算器，其特征在于，所述检测装置还包括转动机构，所述转动机构包括转动部和静止部，所述激光发射器和透镜设于转动部上，所述样品池以及探测器设于静止部上，所述转动部可沿固定轴线相对于静止部转动，所述透镜位于激光发射器以及样品池之间，所述样品池设于透镜和探测器之间；

所述计算器包括用于建立颗粒散射光强自相关函数的第一模块、用于计算纳米颗粒的扩散速率的第二模块以及计算纳米粒度的第三模块，所述计算器与探测器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述静止部包括支撑平台、垂直设于支撑平台底面的支撑轴以及设于支撑平台一侧的第一支撑臂，所述支撑平台为圆形支撑平台，所述样品池设于支撑平台的顶部中心位置，所述探测器设于第一支撑臂顶面远离样品池的一端，所述转动机构包括转动平台、与转动平台底面连接的转动轴套以及设于转动平台一侧的第二支撑臂，所述转动平台为环形机构，所述转动轴套套设于支撑轴，所述激光发射器设于第二支撑臂顶面远离样品池的一端，所述透镜设于第二支撑臂上。

3.根据权利要求2所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述第一支撑臂的反向延长线和第二支撑臂之间形成有夹角，所述夹角在5～355°之间。

4.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述样品池为圆柱形试管。

5.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述激光发射器采用波长为488nm的发光二极管。

6.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括滤光片，所述滤光片的波长与激光发射器发射的激光波长相等。

7.一种多角度测量纳米粒度的检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

步骤1：启动激光发射器，激光发射器发射激光并穿过激光照射样品池，样品池中的粒子对激光进行散射；

步骤2：探测器探测散射光的强度，计算器根据光强变化计算得到纳米粒度d；

步骤3：将激光发射器转动设定角度，重复步骤2进行多次检测纳米粒度d_i，i＝1,2,3…j，根据多次测量结果，计算粒度平均值作为最终测量结果，其形式为：

8.根据权利要求7所述的多角度测量纳米粒度的检测装置的检测方法，其特征在于，步骤2进一步为：

第一模块根据散射光强结果得到颗粒散射光强自相关函数，其形式如下式

其中τ为延时时间，I(t)及I(t+τ)为时刻的散射光强，尖括号相对于与延时时间τ求积分平均值，将上式离散化可以得到，实际离散化形式光强自相关函数，其形式如下式：

其中Δt表示系统采集散射光的采样时间，n(m)和n(m+l)分别表示系统第m次和第(m+l)次采样得到的散射光光子数，M为总的采样次数，光子相关结构通过延迟、相乘、累计几个环节，获得光强自相关函数；

第二模块通过光强函数和电强函数关系计算得出纳米颗粒的扩散速率：在获得光强相关函数以后，由于光强自相关函数G⁽²⁾(τ)与电场相关函数g⁽¹⁾(τ)存在如下关系：

G⁽²⁾(τ)＝α[1+β|g⁽¹⁾(τ)|]²，

其中，α是该函数在τ→∞时的极小值，也称之为基线，β是一个与实验条件相关的常数，其取值范围通常为：0<β<1，对于在稀溶液中做布朗运动的纳米颗粒，其电场自相关函数为指数衰减形式：

g⁽¹⁾(τ)＝exp(-Γτ)，

其中，exp为以自然常数e为底数的指数函数，Γ＝Dk²称为衰减率，D为微粒在溶剂中的扩散系数，k＝(4π/λ)sin(θ/2)为散射波矢的大小，λ为照射光在溶液的波长，θ为散射角；

第三模块根据颗粒扩散速率通过Stocks-Einstein方程计算得出纳米颗粒的粒径，即纳米粒度，对于球形纳米颗粒，其流体力学等效直径d与扩散系数D,根据Stocks-Einstein方程求得纳米粒度d,其中K_B是波尔兹曼常数，T为热力学绝对温度；η是溶剂的体积粘度。