光学颗粒计

颗粒业内有句行话：万物皆颗粒。鸟瞰各行各业，还真难找得到一个不与颗粒打交道的领域。甚至表面上看起来与颗粒毫无关系的行业，人们其实也一直在与颗粒材料打交道。例如，编程码工使用的键盘是用塑料颗粒材料制成的，显示器的荧光粉本身就是颗粒；再如，音乐作曲者使用的纸张、笔墨也都与颗粒有关。几乎所有材料，从原料到成品，总有一个阶段处于颗粒态。由于颗粒材料的多样性与多分散性，人们甚至将颗粒称为物质的第五态， 颗粒材料的物理特性表征也具有与其他化学分析、物理测量不同的独特性。颗粒与材料品质紧密相关。例如，巧克力的颗粒度需要与味蕾之间的距离吻合，可口可乐中风味液滴的密度必须与水一致，牙膏中碳酸钙的硬度与颗粒度要适当，定时释放肥料颗粒的大小与溶解度有一定的规格等。如何表征颗粒？技术概貌：颗粒表征技术成百上千，仅粒径测量就曾有400多种。现在仍在普遍使用的表征颗粒粒度、数量、表面特性、内部孔径的技术就有十几种。这些技术有着相当广泛的日常应用，例如新材料的研发过程、生产过程的质量控制、或商业贸易上下家的衡量指标等。仅在中国，每年新安装的各类颗粒表征仪器据估计当在数千台甚至上万台。不足：颗粒表征作为对各行各业如此重要的领域，现有的高等教育却很少涉及，甚至专门教授与这些技术有关基础知识的研究生课程也不太多见，集中论述这些技术的中文书籍更是少之又少。现状：这一实践与教育的脱节，造成了很多在工作中涉及颗粒表征的工作者不完备的专业知识体系与错误的应用实践，例如在用动态光散射测量纳米颗粒粒径或用电泳光散射测量颗粒表面电位时，用纯净水进行样品稀释，或者在激光粒度法测量颗粒粒度时，用高压气体分散药物晶体。颗粒材料领域专著出版扫码即可优惠购买为了填补上述空白，为广大颗粒表征技术使用者提供普及版读物，作者精心挑选了当今应用最广的六种颗粒表征技术，从历史起源、物理原理、数学基础、仪器构造、操作要点、数据处理阐释等方面对这些技术做了全面的介绍。这六种方法分别是光学计数法、激光粒度法、光学图像分析法、颗粒跟踪分析法、动态光散射法、电泳光散射法，它们都与光与和颗粒之间的作用有关。对光与和颗粒作用的系统研究始于1936年化学诺贝尔奖获得者彼得• 德拜（数学家大卫• 希尔伯特的学生阿诺尔德• 索末菲的第一位博士生）1908年的博士论文。作为这些技术的铺垫知识与辅助资料，颗粒表征中的样品准备、基本数据统计知识、光散射在颗粒表征中的基本原理、几乎所有其他常用的颗粒表征技术，以及这些技术的标准化现状，也特别另立章节介绍。这是一本别无二版的、系统介绍当代颗粒表征技术的专著。本书可供欲了解与掌握当代颗粒表征技术的教师、本科生、研究生、科学家、技术专家、仪器操作人员阅读与学习参考，为他们提供坚实的颗粒表征理论基础与丰富的实践参考。读者不但可以从中学习这些技术的物理基础以及仪器工作原理，而且通过了解每种技术的实际操作与实用细节，可以在应用过程中避免常犯的错误，不断改进仪器操作的正确性、测量数据的准确性、重复测量的精确性。本书作为进入颗粒表征技术领域的引荐读物，除了汇集了作者经年累积的丰富知识与资料外，还引用了上千篇中外文献。这些跨越两个多世纪（1809—2021）的文献，除了与该技术的最初发明有关的以及里程碑式的重要论文，还有大量与这些技术的最新动态与发展有关的报道，为有志于进一步探索发展颗粒表征技术、成为承前启后新一代的颗粒人提供一些可借鉴的方向与途径。 作者简介本书作者 许人良作者专业背景：在过去半个世纪里，作者许人良在德拜的关门弟子朱鹏年与当代荧光胶体化学大师魏尼克的教诲指导下，除了进行高分子物理与胶体化学的研究，还从搭建全角度动静态光散射仪器为起点，涉足纳秒级相关器、米氏理论的收敛分析、拉普拉斯转换的技术探讨、光导纤维频移器等颗粒表征的多个领域，发明了从电泳光散射测量中剥离布朗运动以得到真实表面电荷分布曲线的方法以及颗粒表征方面的数个专利，填补了颗粒在水中的德拜长度与水化层厚度之间关系的实验验证空白，其中的一些论文几十年来一直在不断地被引用。进入美国首台动态光散射仪器生产公司后，作者曾先后在全球三家主要颗粒表征仪器公司内担任技术、商务、管理的各类主要职务，对多种仪器的设计、试验、投产、应用有第一手感性认识与全方位了解；作者并在过去近30年中，参与制定了多项颗粒表征技术的国际标准、美国国家标准以及中国国家标准，时刻关注着这一领域的最新发展。目录预览第1章　颗粒体系与颗粒表征　/ 0011.1　颗粒与颗粒体系　/ 0011.2　样品制备　/ 0061.3　颗粒测量数据及其统计分析　/ 018参考文献　/ 032第2章　光散射的理论背景　/ 0352.1　光散射现象与技术　/ 0352.2　光散射理论要点　/ 0392.3　其他光学技术　/ 059参考文献　/ 069第3章　光学计数法　/ 0813.1　引言　/ 0813.2　仪器构造　/ 0833.3　测量结果与数据分析　/ 098参考文献　/ 108第4章　激光粒度法　/ 1134.1　引言　/ 1134.2　仪器　/ 1214.3　数据采集与分析　/ 1414.4　测量精确度与准确性　/ 153参考文献　/ 161第5章　光学图像分析法　/ 1695.1　引言　/ 1695.2　图像获取　/ 1715.3　图像分析　/ 1815.4　颗粒形状表征　/ 1875.5　仪器设置、校准与验证　/ 193参考文献　/ 196第6章　颗粒跟踪分析法　/ 1996.1　引言　/ 1996.2　仪器与测量参数　/ 2006.3　样品与数据　/ 2086.4　颗粒跟踪分析法的其他考虑因素　/ 217参考文献　/ 219第7章　动态光散射法　/ 2217.1　引言　/ 2217.2　仪器组成　/ 2237.3　数据分析　/ 2417.4　测量浓悬浮液　/ 263参考文献　/ 269第8章　电泳光散射法　/ 2818.1　引言　/ 2818.2　zeta电位与电泳迁移率　/ 2828.3　电泳光散射仪器　/ 2898.4　数据分析　/ 3068.5　相位分析光散射　/ 315参考文献　/ 317第9章　颗粒表征的标准化　/ 3239.1　文本标准　/ 3249.2　标准物质、参考物质与标准样品　/ 3329.3　标准化组织　/ 345参考文献　/ 349第10章　其他颗粒表征技术概述　/ 35110.1　电阻法：计数与粒度　/ 35110.2　沉降法：粒度　/ 35810.3　筛分法：分级与粒度　/ 36110.4　色谱方法：分离与粒度　/ 36310.5　超声分析　/ 36610.6　气体物理吸附：粉体表面积与孔径　/ 37010.7　压汞法：孔径分析　/ 37410.8　空气渗透法：平均粒度　/ 37510.9　毛细管流动孔径分析法：通孔孔径　/ 37510.10　气体置换比重测定法：密度　/ 37710.11　核磁共振技术　/ 37810.12　流动电位测量：zeta电位　/ 37910.13　共振质量测量：计数与粒度　/ 38010.14　亚微米气溶胶测定：计数与粒度　/ 38110.15　颗粒表征技术小结　/ 381参考文献　/ 382附录1　符号　/ 392附录2　Mie理论的球散射函数　/ 395附录3　常用液体的物理常数　/ 397附录4　常用分散剂　/ 402附录5　用于分散一些粉体材料的液体与分散剂　/ 404

12月祖国北方大地银霜裹裹千里冰封，南方广东却依旧温暖如春。午后的阳光如金子般洒在人们的身上，让人倍感温暖舒服。12月10-12日来自全国各地的委员代表齐聚粤港澳大湾区核心海滨城市-珠海出席2021年度工作会议。本次大会由全国颗粒表征与分检及筛网标委会颗粒分技术委员会主办，珠海真理光学仪器有限公司负责承办。12月11日上午8:30本次大会的与会专家学者、委员代表陆续抵达位于珠海市高新区的珠海国家高新区科技创新展示厅二楼会议大厅。会议大厅内宽敞明亮，环境现代大气，硬件设施完备，助力大会的成功举办。9点整大会正式开始，首先由全国颗粒标准化分技术委员会秘书长、中国科学院过程工程研究所研究员李兆军先生主持介绍了线下线上与会委员代表，对组织本次会议的秘书处和承办单位珠海真理光学仪器有限公司表示感谢。希望与会委员代表们继续履行委员职责支持分技术委员会的工作，认真评审颗粒标准并预祝本次颗粒分技术委员会年会取得圆满成功。然后由珠海真理光学仪器有限公司董事长张福根博士致开幕辞，对来自全国各地的专家学者和委员代表莅临珠海表示热烈欢迎。 之后颗粒分技术委员会工作会议就深圳德方纳米科技股份有限公司孙言等人起草的《颗粒表征 样品准备》和《颗粒 激光粒度分析仪 通用技术要求》送审稿内容逐一展开了激烈讨论，与会专家学者、委员代表分别提出修订了意见并一致通过标准送审稿的审查。会议还听取了生物气溶胶工作组、流化床工作组工作报告和分技术委员会秘书处年度工作汇报，同意田震、沈兴志、钟华由观察员转为委员，由秘书处组织平台投票和报批。同意王垚因个人原因退出委员一职；同意肖望强、杨文、岳君容为观察员。此外，会议还提出了包括《颗粒 空气微生物净化系统高效粒子空气过滤器净化系数的测定 生物气溶胶法》等10个国家标准立项计划申请和《颗粒 粒度分析彩色图像分析仪法》外文版立项计划申请。 受新冠疫情影响部分代表无法离开原地与会，主办方别出心裁采用线下线上同步方式进行参会。会议全程语音同步效果非常好，让线上的委员代表们也有如身临其境效果。通过线下线上参加本次会议的代表共计57人，其中线下37人（会议委员、委员代表和观察员22名，专家15名），线上20人（委员和观察员17名，专家3名），主要包括秘书长李兆军、副主任委员颜鹏、王世刚和董青云以及蔡小舒、许光文、周兰、韩鹏、周洁、秦和义、杨正红和郝新友委员等人。本次会议全程与会专家委员和代表们都积极发言，就标准内容展开激烈讨论，会议氛围积极良好，使得本次年会圆满完成全部会议议程，形成了16项决议，收获满满且别具意义。会议结束后全体线上线下与会代表合影留念。

水是生命之源。我们日常看到的纯净水、矿泉水、自来水、井水、河水等各种各样的不同的水。那么，它们是不是真的干净，能不能直接饮用呢？肉眼很难分辨。其实，关于水质检测有严格的标准，其中很重要的一项就是水中不溶性颗粒物的检测。让我们用Bettersize C400来检测一下。右图. BettersizeC400光学颗粒计数器BettersizeC400采用国际先进的光阻与角散射结合技术，配合高灵敏度检测器和高速信号采集与传输系统，可准确的检测出0.5-400μm的颗粒数量和粒度分布。当水从毛细管测量区流过时，如果水中有颗粒，激光会因为颗粒的遮挡和散射产生瞬间变化信号，这个信号的大小与颗粒大小成正比，通过传感器将这些信号收集起来，再用专门的软件处理，就能得到颗粒个数和粒度分布信息。我们用Bettersize C400对某地河水样品进行不溶性颗粒测试，结果如下表和下图所示。从上表和图中可以看到，看起来与瓶装水没有什么差异的河水，每毫升居然有超过3000个不溶性颗粒，这些颗粒有泥沙、金属氧化物、盐类、矿物质、胶体、有机物、微生物等，它们有的对人体有益，有的对人体有害，有的对人体影响不大，但从饮用水安全角度看，即使看上去是清清的河水，也不宜直接饮用。在万不得已时要饮用河水，最好先用净水器去除其中的颗粒物。从上表和图中可以看出，经过过滤后的河水颗粒物去除率超过90%，安全性将大大提升。我们再用Bettersize C400分别对5种常见品牌的纯净水进行不溶性颗粒物含量测试，结果如下：从上表和图可以看出，市面上5种常见品牌的纯净水中，每毫升中所含的不溶性颗粒物很少，而且大于10微米的颗粒物几乎没有，与河水相比简直是天壤之别。可见，常见品牌的纯净水可以放心饮用。但纯净水中缺少微量元素，因此它不能替代最常用的自来水。通过上述试验可知，Bettersize C400光学颗粒计数分析仪能“看”到水中粒径很小、数量又很少的不溶性颗粒物，在水质检测方面将发挥着重要作用。