动态光散射测量操作指南 编制说明

Goodpracticefordyna1本任务来源于国家标准化管理委员会2024年4月25日发布的国家准化技术委员会（SAC/TC168）提出并归口，山东理工大学牵头对GB/T29022—2021《粒度分析动态光散射法(DL如何验证仪器的正确功能和正确解释数据，包括数据质量的评估方2本文件着重于获得高质量的DLS结果所需的实际步骤，而不是理制定了相应的规范，ISO/TR22814:2020《动态光散射测量操作指本文件制定了用于测量纳米颗粒的样品制备和测量过程的一般础的专家，于2024年5月初组建了标准起草工作组，负责本项标准编3职称/职务联系方式工作内容教授山东理工大学weikey@项目负责标准草案修改编制说明撰写侯长革高级工程师/副所长中机研标准技术研究院（北京）有限公司tc168@标准草案修改傅晓伟首席研究员珠海欧美克仪器有限公司xiaowei.fu@omec-ins标准草案修改实验验证赵晓宁正高级工程师所长助理北京市计量检测科学研究院zhaoxiaoning@标准草案修改实验验证秦福元工程师/产品经理澳谱特科技（上海）有限公司qfy@标准草案修改实验验证朱培武讲师中国计量大学zhupeiwu@126.com标准草案修改4参考ISO22412:2017《Particlesizeanalysis-DScattering(DLS)》等标准内了有关企业和实验室的需求以及建议，确保了标准的价值以及实用5定DLS是否是最合适的方法，如何以适当的方式制备样品，如何验证本标准着重于获得高质量的DLS结果所需的实际步骤，而不是理于DLS分析的样品适用性、样品制备、仪器验证、数据质量和解释：科学研究院和珠海欧美克仪器有限公司做了“实验二荧光颗粒与聚国际标准化组织(ISO)颁布了ISO/TR22814:2020《的必要信息，并确定DLS是否是最合适的方法，如何以适当的方式制评估方法。在本标准制订中，等同采用国际标准ISO22412:20176“”7标准中相应依据的标准编号依据的标准名称标准的结构1.GB/T1.1-20202.GB/T1.2-20201.《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》准化文件为基础的标准化文件起草规则》国际单位ISO1000-1992《国际单位制(SI)和国际单位制多功能与某些其它单位的使用推荐规程》89实验目的：纳米颗粒的粒度分布是表征其性能的重要参数，目前广泛采用动态光散射法获取颗粒的粒度信息。但是由于高浓度颗粒样品中多次散射效应的不利影响，阻碍了该方法的应用。本实验的目的就是验证后向散射法测量高浓度样品粒度的有效性。实验步骤：通常可根据光学厚度r来表征多次散射效应的强弱。光学厚度与颗粒粒径大小、颗粒浓度和光程成正比。当光学厚度r<0.1时，单散射占绝对优势；当光学厚度r>0.3时，多次散射起主导作用；当0.1<r<0.3时，可按单散射处理，但须作适当修正。因此可以通过后向散射的方法，减小散射光光程来降低光学厚度，进而达到削弱多次散射效应的目的。基于后向散射的高浓度纳米颗粒粒度测量实验装置原理如图1所示，包括激光器、衰减片、聚焦透镜、单模光纤、光电倍增管以及数字相关器。散射角为170°,被测样品放置于10mm的比色皿中，比色皿中心的散射光程为5mm，考虑比色皿池壁的拖曳效应，确定光程调节范围为0.5mm～5mm。在测量过程中，通过调节透镜位置进而改变散射中心的位置，以寻找最优散射光程，有效抑制或削弱多次散射效应的影响，从而实现对高浓度纳米颗粒粒度的测量。样品池55mmP100.50.5mmP1聚焦透镜计算机衰减片光纤衰减片激光器激光器光电倍增管数字相关器光电倍增管图1后向散射实验原理图实验样品为北京海岸鸿蒙提供的高浓度聚苯乙烯乳胶球颗粒，标称粒径为110nm，固含量为6.95%，制备浓度为0.434%的1号样品，采用二分法制备2～7号样品，使用上海仪电721G分光光度计测量样品吸光度值，并计算透射率、浊度与光学厚度，如表1所示。同样方法制备标称粒径为220nm的样品。表1110nm样品的浓度与吸光度测量值12345670.6012由表1可知，1、2、3号样品光学厚度大于0.3，多次散射起主导作用。随着待测样品浓度增加，其吸光度值也增大，浓度与吸光度成正比关系。0.90.80.70.30.20.10首先进行侧向散射实验，光程固定为5mm不可调节，分别测量标称粒径为110nm的1～7号样品，获得的相关函数如图2所示。由图可见，样品浓度由低到高增加，相关函数截距下降。图3为测量不同浓度样品得到的颗粒粒度分布，随着测试样品的浓度增加，反演的颗粒粒度分布出现多个假峰，粒径值偏差越来越大。由累积分析法计算的颗粒粒径随浓度变化见图4，可知样品浓度低于0.1%，光学厚度r<0.3时，侧向散射能够准确测量颗粒粒径；样品浓度高于0.90.80.70.30.20.10样品1高浓度样品2样品3样品4样品5样品6样品7低浓度1010101010时间τ/s202086420样品1高浓度样品2样品3样品4样品5样品6样品7低浓度10粒径x/mm图3侧向不同浓度样品的粒度分布曲线806040200浓度C/%图4侧向不同浓度样品的颗粒粒径0.90.80.70.30.20.10同样的方法分别测量标称粒径为220nm的1～7号样品，获得的相关函数图、颗粒粒度分布图以及颗粒粒径随浓度变化图分别如图50.90.80.70.30.20.10 样品1高浓度样品3 样品4 样品5 样品6 样品7低浓度样品21010101010时间τ/s202086420样本1高浓度样本2样本3样本4样本5样本6样本7低浓度101010粒径x/mm图6侧向不同浓度样品的粒度分布曲线24022020080604010浓度C/%图7侧向不同浓度样品的颗粒粒径通过侧向散射实验结果不难发现，当光学厚度大于0.3、相关函数截距低于0.8时，粒径测量值远小于标称值，因此从减弱多次散射的角度考虑，可确定最优散射光程的判断准则为：光学厚度为0.3时的光程作为后向散射的最佳光程，相关函数截距作为辅助判断标准。进行后向散射实验，图8为后向散射原理图。前后调节聚焦透镜的位置，使散射体从位置P1逐步移动到中心位置P10，在0.5mm～5mm范围内对散射光光程进行调节，依据上述判据准则，在最佳光程位置进行测量。样品池P10中心P1边缘光电倍增管激光器样品池P10中心P1边缘光电倍增管激光器(a)散射体位于样品池中心P10位置(b)散射体位于样品池边缘P1位置后向散射原理图测量步骤如下：1）根据吸光度计算光学厚度r<0.3时的散射光程，确定后向散射体的位置P；2）调节透镜使散射体位于样品池边缘P1；3）调节衰减片使散射光强约为500kcps；4）持续测量10s，实时计算相关函数；5）使用累积分析法拟合得到相关函数的截距β1（参考值6）调节透镜的位置，使散射体移动到步骤，确定的最优测量位置P；7）重复步骤2～4，得到相关函数的截距β2（测量值）8）比较相关函数截距测量值与参考值，如果β2>0.8×β1，则步骤1确定的测量位置P最优；如果β2<0.8×β1，则执行步骤8，直到测量位置移动到边缘P1处；9）测试位置向样品池边缘移动0.5mm，重复步骤2～4，得到相关函数的截距β2；10）重复步骤7，比较相关函数的截距，判断是否位于最优测量位置；11）在最优位置测量颗粒的粒径及其粒度分布。0.90.80.70.30.20.1由图9可知，当散射光光程由0.5mm增加到5mm，相关函数截距不断下降。散射中心位置越靠近样品池中心，粒径测量结果越偏离标称粒径，如图10所示。由累积法得到的颗粒粒径随散射中心位置的变化如图0.90.80.70.30.20.1PP1边缘P3 P5P7P9 P10中心P2P4P6P810101010时间τ/s图9P1~P10后向散射相关函数曲线2020086420 P1边缘 P2 P3P4 P5P6P9P6P9 P8P10中心1010101010粒径x/mm图10P1~P10颗粒粒度分布曲线9590位置P图11P1~P10测量的颗粒粒径6040200依据上述方法分别对标称粒径为110nm的1～7号样品进行测量，结果如图12所示。图13是后向散射法测量的颗粒粒度分布，对比图3可知，对于浓溶液，侧向测量误差非常大；后向测量由于能够自适应调整光程，降低了多次散射的影响，测量的结果仍然准确，颗粒的平均粒径、粒径相对误6040200测向散射后向散射10101010浓度C/%20420两种方法测量的颗粒粒径随浓度变化对比图 样品1高浓度样品2样品3样品4样品5样品6样品7低浓度10101010粒径x/mm图13后向散射方法测量的颗粒粒度分布表2不同浓度下分别用两种方法测得的颗粒粒径实验结果及讨论：本实验针对侧向动态光散射法不能准确测量高浓度样品粒度分布问题，依据光学厚度和相关函数截距提出后向散射最佳光程的判断准则，极大降低了多次散射光效应，能够测量高浓度样品的颗粒粒度，拓宽了动态光散射法的应用范围。本实验目的是验证荧光对纳米颗粒测量结果的影响。实验步骤：实验样品为荧光粒子与聚苯乙烯粒子，电镜测量结果如下：荧光粒子粒径80nm荧光粒子粒径200nm荧光粒子粒径380nm聚苯乙烯粒子100nm聚苯乙烯粒子200nm聚苯乙烯粒子380nm使用纳米粒度仪测试3种荧光粒子，3种聚苯乙烯粒子的结果如下80nm荧光粒子200nm荧光粒子380nm荧光粒子100nm聚苯乙烯200nm聚苯乙烯380nm聚苯乙烯测量结果汇总如下荧光粒子无荧光粒子8020538210320538492.12250.51402.92102.05214.79420.9787.95264.28443.33103.82211.91427.0394.15259.41409.24105.01216.32421.23918125584083410407214274417194.29263423.4499.4210.16397·7292.36252.87409.19102.89213.31414.0291.48241.79425.55101.92220.77424.5792.27253.75424.05102.39216.6438.4894.31258.52428.04104.92212.37405.3894.09262.14407·74105.53211.95438.9951224296402521070223243089247.13410.95105.32227.62427.697.19260.12127.98105.16229423.5494.89256.1422.79104.26217·79442·4994.77244.72411.36104.02212.13423.4393.17246.46411.17105.75222·31422