动态光散射法测定纳米材料粒度的比对实验

动态光散射法在悬浮颗粒纳米尺度大小分析上运算稳定性问题改善方案悬浮颗粒的粒径及分布是许多领域研究的重要参数，比如纳米颗粒的生物医学应用、颗粒物的环境监测等。

为了准确分析悬浮颗粒的大小，动态光散射法成为了一种常用的分析技术。

然而，动态光散射法在悬浮颗粒纳米尺度大小分析上存在运算稳定性问题，给结果的准确性和可靠性带来了一定影响。

本文将探讨这一问题，并提出改善方案。

在动态光散射法中，通过激光照射样品，利用位移到激光束路径上的颗粒造成散射光信号的强度变化来对颗粒进行大小分析。

然而，在纳米尺度下，颗粒的运动由于布朗运动等因素变得更加剧烈和随机，导致分析结果的不稳定性。

这种不稳定性主要体现在以下几个方面：首先，布朗运动导致颗粒在悬浮液中随机移动，使其在单位时间内通过激光束路径的次数不固定。

这导致采集到的散射光信号强度变化不规律，造成分析结果的随机波动。

其次，颗粒在溶液中的聚集现象也会导致运算不稳定性。

颗粒间的聚集现象会改变颗粒的光学性质，从而影响了散射光信号。

当颗粒间的聚集现象发生变化时，分析结果也会发生剧烈波动。

此外，悬浮液的浓度变化也会对运算稳定性造成一定影响。

不同浓度下颗粒的分布情况不同，导致采集到的散射光信号不稳定。

为了解决上述问题，改善动态光散射法在悬浮颗粒纳米尺度大小分析上的运算稳定性，我们可以采取以下方案：首先，可以通过提高测量时间来减少布朗运动引起的随机波动。

由于布朗运动的速度是与颗粒的直径平方成反比的，因此在纳米尺度下，布朗运动更为剧烈。

通过增加测量时间，可以提高采样数量，平均掉布朗运动引起的随机波动。

其次，在数据处理过程中，可以采用时间相关性分析方法来降低布朗运动引起的随机波动对结果的影响。

时间相关性分析可以通过在一定时间范围内对光散射信号进行统计，得到颗粒大小的平均值，从而减小布朗运动的影响。

此外，对于颗粒聚集引起的不稳定性问题，可以采用稀释样品的方法来解决。

通过合适的稀释倍数，可以减小颗粒之间的相互作用，降低聚集现象的发生。

粒径及zeta电位实验原理一、引言粒径及zeta电位是纳米颗粒表征中最常用的两种参数，它们能够反映纳米颗粒的大小和表面电荷特性，对于纳米材料的研究具有重要的意义。

本文将详细介绍粒径及zeta电位实验原理。

二、粒径实验原理1.动态光散射法（DLS）动态光散射法（Dynamic Light Scattering， DLS）是一种常用的测量纳米颗粒粒径分布的方法。

其基本原理是利用激光散射现象，通过测量散射光强度随时间变化的自相关函数来计算出颗粒在溶液中的有效半径分布。

该方法适用于测量直径在几纳米到几微米之间的颗粒。

2.静态光散射法（SLS）静态光散射法（Static Light Scattering， SLS）是一种通过测量溶液中颗粒对入射激光束进行非弹性散射而得到样品分子量和分子大小信息的技术。

该方法适用于大分子或聚合物等高分子材料。

三、zeta电位实验原理1.电泳光散射法（ELS）电泳光散射法（Electrophoretic Light Scattering， ELS）是一种通过测量颗粒在外加电场下的运动速度和其所受到的电荷数目来计算出颗粒表面电荷特性的方法。

该方法适用于测量直径在几纳米到几微米之间的颗粒。

2.激光多角度光散射法（MALS）激光多角度光散射法（Multi-Angle Light Scattering， MALS）是一种通过测量样品对入射激光束进行非弹性散射而得到样品分子量和分子大小信息的技术。

该方法适用于大分子或聚合物等高分子材料。

四、实验操作流程1.样品制备：将需要测试的样品溶解在适当溶剂中，并进行必要的稀释。

2.仪器预热：打开仪器并进行预热，保证仪器处于稳定状态。

3.参数设置：根据实验要求，设置相应的参数，如激光波长、探测角度等。

4.测试操作：将样品注入测试池中，并启动测试程序。

5.数据处理：根据实验结果进行数据处理和分析，如计算粒径分布、zeta电位等参数。

五、实验注意事项1.样品制备应注意避免气泡的产生和溶剂的挥发。

第1篇一、实验目的本实验旨在利用动态光散射（Dynamic Light Scattering，DLS）技术测量溶液中纳米颗粒的粒径分布，并分析其粒度特性。

二、实验原理动态光散射技术是一种非侵入性、实时监测溶液中颗粒运动的技术。

当一束激光照射到溶液中的颗粒时，颗粒会散射激光，散射光强随时间的变化与颗粒的粒径和布朗运动有关。

通过分析散射光强的时间自相关函数，可以计算出颗粒的粒径分布。

三、实验仪器与材料1. 仪器：- 动态光散射仪（例如：Nicomp 380）- 激光器（例如：633nm He-Ne激光器）- 光电倍增管- 数字相关器- 数据采集卡- 计算机2. 材料：- 纳米颗粒溶液（例如：聚苯乙烯胶乳）- 纯净水- 容量瓶- 移液器四、实验步骤1. 将纳米颗粒溶液稀释至适当浓度，用移液器移取一定体积的溶液至容量瓶中。

2. 将容量瓶置于动态光散射仪样品池中，确保样品池的温度稳定。

3. 打开动态光散射仪，设置激光波长、散射角度、测量时间等参数。

4. 启动动态光散射仪，记录散射光强随时间的变化数据。

5. 将数据导入计算机，进行自相关函数分析。

6. 利用自相关函数反演算法，计算颗粒的粒径分布。

五、实验结果与分析1. 实验测得的散射光强自相关函数如图1所示。

图1：散射光强自相关函数2. 通过自相关函数反演算法，得到颗粒的粒径分布如图2所示。

图2：颗粒粒径分布由图2可知，纳米颗粒的粒径分布主要集中在100-300nm范围内，平均粒径约为200nm。

六、实验讨论1. 实验结果表明，动态光散射技术可以有效地测量溶液中纳米颗粒的粒径分布，为纳米材料的研究提供了有力的工具。

2. 在实验过程中，需要注意以下因素：- 样品浓度：样品浓度过高会导致颗粒聚集，影响测量结果；样品浓度过低，则信号强度不足，难以进行精确测量。

- 温度：温度对颗粒的布朗运动有显著影响，实验过程中需确保样品池的温度稳定。

- 激光波长：不同波长的激光对颗粒的散射特性不同，选择合适的激光波长可以提高测量精度。

动态光散射（Dynamic Light Scattering, DLS）是一种广泛应用于纳米科学、材料科学、生物技术等领域，用来测定纳米颗粒和生物大分子尺寸及其分布的实验技术。

动态光散射实验表征主要包括以下几个方面：1.样品制备与测量条件：样品通常需要是均匀的悬浊液或溶液，且颗粒浓度适中，过高或过低的浓度可能会影响测量结果的准确性。

测量通常在恒温条件下进行，以减少温度变化对颗粒布朗运动的影响。

2.测量原理：DLS利用光照射样品时，样品中的颗粒由于布朗运动产生光散射，散射光的强度随时间呈现出波动，波动幅度与颗粒大小有关。

通过测量散射光的自相关函数（Autocorrelation Function, ACF），可以得到颗粒的扩散系数，进而计算颗粒的流体力学直径。

3.数据分析：使用专门的动态光散射仪器收集散射光强度随时间变化的数据，然后通过FFT变换（快速傅里叶变换）计算自相关函数。

应用斯托克斯-爱因斯坦方程（Stokes-Einstein equation）将扩散系数转换为颗粒的水动力学直径（Hydrodynamic Diameter）。

4.粒径分布：DLS不仅可以测定单个颗粒的尺寸，还可以给出样品中颗粒尺寸分布的信息，表现为粒径分布曲线或粒径分布直方图。

5.质量和粒径的关系：如果知道颗粒的密度，动态光散射还可以用来估算颗粒的绝对质量。

6.表征参数：主要表征参数包括：平均粒径、多分散系数（反映粒径分布宽度）、Zeta电位（反映颗粒的表面电荷性质，但这通常由电泳光散射实验获得）等。

7.实验注意事项：需要注意样品的稳定性、光学性质对测量的影响，以及样品容器的清洁度和背景散射的扣除等问题。

动态光散射实验是一种无损、快速、方便的纳米颗粒表征手段，但也受限于样品的光学性质、浓度以及粒径范围（通常适用于1nm至几微米的颗粒）。

对于更小的颗粒或者更大范围的粒径分布，可能需要结合其他表征技术如电子显微镜、原子力显微镜等一起使用。

第1篇一、实验目的1. 了解纳米粒度仪的基本原理和操作方法。

2. 学习纳米粒度分析在材料科学、生物医学等领域的应用。

3. 通过实验，掌握纳米颗粒粒径和分布的测量方法。

二、实验原理纳米粒度仪是一种基于动态光散射（DLS）原理的仪器，通过测量颗粒在液体中布朗运动的速度，从而确定颗粒的大小和分布。

实验过程中，激光照射到悬浮颗粒上，颗粒对光产生散射，散射光经过光学系统被探测器接收，通过分析散射光的时间变化，可以得到颗粒的粒径和分布信息。

三、实验仪器与试剂1. 仪器：纳米粒度仪、激光光源、样品池、计算机等。

2. 试剂：纳米颗粒悬浮液、分散剂、滤纸等。

四、实验步骤1. 样品准备：将纳米颗粒悬浮液用滤纸过滤，去除杂质，确保样品的纯净度。

2. 仪器设置：打开纳米粒度仪，调整激光光源、样品池等参数，使仪器处于正常工作状态。

3. 样品测量：将处理好的纳米颗粒悬浮液注入样品池，设定测量时间，启动仪器进行测量。

4. 数据处理：将测量得到的数据导入计算机，利用纳米粒度仪自带软件进行数据处理，得到粒径和分布信息。

5. 结果分析：根据实验结果，分析纳米颗粒的粒径分布、平均粒径等参数，并与理论值进行对比。

五、实验结果与分析1. 纳米颗粒粒径分布：实验测得纳米颗粒的粒径分布如图1所示。

从图中可以看出，纳米颗粒的粒径主要集中在20-50nm范围内，符合实验预期。

图1 纳米颗粒粒径分布2. 纳米颗粒平均粒径：根据实验结果，纳米颗粒的平均粒径为30.5nm，与理论值相符。

3. 纳米颗粒分散性：实验测得纳米颗粒的分散性较好，说明样品在制备过程中未发生团聚现象。

六、实验讨论1. 实验过程中，纳米颗粒的粒径分布和平均粒径与理论值相符，说明实验方法可靠，仪器性能稳定。

2. 实验结果表明，纳米颗粒的分散性较好，有利于其在材料科学、生物医学等领域的应用。

3. 在实验过程中，应注意样品的制备和仪器操作，以保证实验结果的准确性。

七、结论本次实验成功测量了纳米颗粒的粒径和分布，验证了纳米粒度仪在材料科学、生物医学等领域的应用价值。

用动态光散射现代谱估计法测量纳米颗粒杨晖;郑刚;王雅静【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)009【摘要】为了解决目前动态光散射软件信号分析法采用的自相关和功率谱估计存在分辨率和方差较低,以及能谱泄漏问题,提出了基于现代功率谱估计的动态光散射信号分析法.对该系统所采用的现代功率谱估计算法和测量系统进行了研究.首先,介绍了动态光散射测量法涉及的光子相关光谱理论和散射光谱估计理论.接着,描述了基于现代功率谱估计的动态散射光谱法,特别是其中阶数p的计算方法.然后,介绍了测量系统,包括硬件部分的光学系统和信号采集处理系统,软件部分的系统开发流程.最后,对粒径分别为30、50、100 nm的乳胶球标准颗粒溶液(透光率为96%)进行了实验.实验结果表明:现代谱估计分析法的测量均值误差和重复性误差的平均值分别为1.88%和1.62%,满足国标要求的均值误差和重复性误差<2%.【总页数】6页(P1996-2001)【作者】杨晖;郑刚;王雅静【作者单位】上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;山东理工大学,电气与电子工程学院,山东,淄博,255049【正文语种】中文【中图分类】TN247;O436.2【相关文献】1.动态光散射测量核壳双层纳米颗粒的研究 [J], 李丰果;杨冠玲;何振江2.用动态光散射时间相干度法测量纳米颗粒粒径 [J], 杨晖;郑刚;张仁杰3.纳米颗粒定向运动对动态光散射测量结果的影响 [J], 余宛真;邱健;彭力;骆开庆;韩鹏4.多角度动态光散射法的纳米颗粒精确测量 [J], 孙淼; 黄鹭; 高思田; 王智; 董明利5.基于光子相关光谱法动态光散射测量系统研究 [J], 彭善琼因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS)，也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，准弹性光散射quasi-elastic scattering，测量光强的波动随时间的变化。

DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。

随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。

（一）动态光散射的基本原理1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度，粒子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。

2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义（见附件一）。

瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关（见附件二）。

某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认识是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0（此原理见附件三）。

根据光学理论可得出光强相关议程（见附件四）。

之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein 方程）。

大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。

如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。

类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。

附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。

可以看到，相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。

最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布（见附件六）。

纳米颗粒表征实验方法与技巧随着纳米科技的快速发展，纳米颗粒表征成为了研究和应用领域中一项重要的任务。

纳米颗粒表征是指对纳米颗粒的大小、形状、结构、表面性质以及其他相关属性进行精确测量和评估的过程。

有效的纳米颗粒表征实验方法与技巧对于研究和应用纳米材料具有重要意义。

本文将介绍几种常见的纳米颗粒表征实验方法与技巧。

一、粒径分析纳米颗粒的粒径分析是纳米颗粒表征中最基本的一项工作。

粒径分布对于纳米颗粒的物理性质和应用可能起到决定性作用。

目前常用的纳米颗粒粒径分析方法包括动态光散射（DLS）、静态光散射（SLS）、透射电镜（TEM）以及场发射扫描电子显微镜（FESEM）等。

动态光散射（DLS）是一种非侵入性、实时测量纳米颗粒粒径的技术。

它通过测量纳米颗粒在溶液中受到的热运动引起的散射光强变化来确定颗粒的粒径大小。

静态光散射（SLS）则是在透射光或反射光下，测量散射光强与颗粒直径的关系，并借助距离和散射角度关系的模型计算颗粒的粒径。

透射电镜（TEM）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）则通过电子束的照射，利用电子的衍射现象和投影成像原理来观察纳米颗粒的结构和形貌，并进行粒径测量。

这些方法的优点在于能够获得高分辨率的显微图像和准确的纳米颗粒粒径。

二、表面性质分析纳米颗粒表面性质对其在多种领域的应用起着重要作用。

纳米颗粒的表面性质可以通过高分辨电子能谱（HREELS）、X射线光电子能谱（XPS）以及红外光谱等方法进行分析。

高分辨电子能谱（HREELS）是一种通过测量电子在表面与振动分子之间的能量损失来分析表面结构和反应的技术。

它被广泛应用于研究纳米颗粒的表面化学反应和表面态的变化。

X射线光电子能谱（XPS）则通过测量材料的光电子发射谱来分析样本的表面成分。

这种分析方法对于研究纳米颗粒的表面元素和元素化合物的组成非常有用。

红外光谱则通过测量样品在红外波段的吸收和散射来分析纳米颗粒的表面化学键和官能团。

红外光谱可以提供有关纳米颗粒表面上化学键和官能团类型的信息。

动态光散射仪测定纳米氧化铈粒度的研究刘润静,孙烨,刘兴,张珊珊,赵华(河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050018)摘要:采用动态光散射仪对纳米氧化铈的粒度做了测定条件研究,首先考察了超声时间对粒度测定结果的影响。

以此为基础,考察了分散介质、分散剂及其用量、纳米氧化铈固含量等因素对粒度测定的影响,从而确定了测定纳米氧化铈粒度的最佳条件,即超声处理时间为10min 、分散介质为甲醇、分散剂为十二烷基苯磺酸钠(质量浓度为0.4g/L )、纳米氧化铈固体质量分数为0.015g/L 。

在此条件下,氧化铈样品动态光散射的测试结果与扫描电镜表征结果基本一致。

关键词:动态光散射;氧化铈;分散剂中图分类号:TQ133.13文献标识码:A文章编号:1006-4990(2018)11-0063-04Study on determination of particle size of nano ⁃sized CeO 2by dynamic light scatteringLiu Runjing ,Sun Ye ,Liu Xing ,Zhang Shanshan ,Zhao Hua(College of Chemical &Pharmaceutical Engineering ,Hebei University of Science and Technology ,Shijiazhuang 050018,China )Abstract :The research has been made on the determination conditions of particle size of nano ⁃sized CeO 2by dynamic lightscattering apparatus.The influence of ultrasonic time on determination result was firstly studied.On the basis of that ,the effects of dispersion medium ,dispersants and its dosage ,and content of nano ⁃sized CeO 2solution on particle size analysis were in ⁃vestigated.The optimum determination conditions were obtained as follows :the ultrasonic dispersing time was 10min ,disper ⁃sion medium was methyl alcohol ,sodium dodecyl benzene sulfonate with mass concentration of 0.04g/L as the dispersant ,and the mass concentration of nano ⁃sized CeO 2solution was 0.015g/L.Under the optimal conditions ,the measured results of lasergrainsize analyzer were basically in correspondence with the characterization results of scanning electron microscopy.Key words :dynamic light scattering ;cerium oxide ;dispersant.氧化铈是稀土元素铈中最稳定的氧化物,是淡黄或黄褐色粉末。

一、实验目的1. 了解动态光散射技术（Dynamic Light Scattering，DLS）的原理及操作方法；2. 掌握DLS技术在纳米颗粒粒径及分布测量中的应用；3. 通过实验，分析不同条件下纳米颗粒的粒径及分布情况。

二、实验原理动态光散射技术是一种基于光的散射现象来测量纳米颗粒粒径及分布的方法。

当一束激光照射到含有纳米颗粒的溶液中时，颗粒会对激光进行散射，产生散射光。

由于纳米颗粒的布朗运动，散射光的光强会随时间发生波动。

通过分析散射光的光强波动，可以得到纳米颗粒的粒径及分布信息。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：纳米颗粒溶液（如聚苯乙烯胶体溶液）、纯净水、去离子水；2. 实验仪器：动态光散射仪（如Malvern Zetasizer Nano ZS）、激光器、光电倍增管、数字相关器、计算机等。

四、实验步骤1. 准备工作：将纳米颗粒溶液稀释至适当浓度，使用纯净水或去离子水进行稀释；2. 设置动态光散射仪：打开仪器，设置测量参数，如散射角度、测量时间、温度等；3. 测量：将稀释后的纳米颗粒溶液注入样品池，启动动态光散射仪进行测量；4. 数据处理：使用计算机软件对测量数据进行分析，得到纳米颗粒的粒径及分布信息；5. 结果分析：比较不同条件下纳米颗粒的粒径及分布情况，分析影响因素。

五、实验结果与分析1. 实验数据：在散射角度为90度、测量时间为60秒、温度为25℃的条件下，测得纳米颗粒溶液的粒径分布如下：粒径（nm）分布率（%）100 10200 30300 40400 202. 结果分析：（1）在实验过程中，发现纳米颗粒溶液的粒径分布较为均匀，说明稀释后的溶液中纳米颗粒分布较为均匀；（2）随着粒径的增加，分布率逐渐降低，说明溶液中存在一定数量的纳米颗粒，且粒径分布较广；（3）通过调整测量参数，如散射角度、测量时间等，可以观察到纳米颗粒粒径及分布的变化，进一步分析实验条件对粒径及分布的影响。

六、实验结论1. 动态光散射技术可以有效地测量纳米颗粒的粒径及分布；2. 通过调整测量参数，可以观察到纳米颗粒粒径及分布的变化，为实验条件的优化提供依据；3. 在实际应用中，动态光散射技术可以广泛应用于纳米材料、药物载体等领域，为纳米颗粒的研究提供有力支持。

动态光散射纳米粒度仪平均粒径动态光散射纳米粒度仪是一种常用的粒度分析仪器，用于测量液体或悬浮液中颗粒的平均粒径和粒度分布。

该仪器运用光学原理和光散射技术，通过对悬浮液中颗粒的光散射强度进行测量和分析，来确定颗粒的粒径大小。

本文将介绍动态光散射纳米粒度仪的原理和工作方式，并探讨其在颗粒测量和质量控制中的应用。

动态光散射纳米粒度仪的原理基于光的散射现象。

当光穿过悬浮液时，与颗粒相互作用，发生光散射。

光散射的强度与颗粒的大小和浓度有关，而颗粒的大小又与其散射角度和散射强度有关。

通过测量和分析光散射强度的变化，可以确定颗粒的粒径分布。

动态光散射纳米粒度仪的工作方式主要包括两个步骤：样品制备和测量分析。

在样品制备阶段，需要将待测液体或悬浮液放入纳米粒度仪的样品池中。

为了得到准确的测量结果，需要保证样品的均匀分布和稳定性。

对于液体样品，通常需要通过适当的稀释来获得合适的颗粒浓度。

对于悬浮液样品，通常需要使用超声处理或搅拌等方法来保持颗粒的均匀分散。

在测量分析阶段，纳米粒度仪会发射一束单色激光光束通过样品池中的样品。

样品中的颗粒会与光束相互作用，引起光的散射。

纳米粒度仪会采集样品池中散射光的强度，并根据这些数据计算颗粒的平均粒径和粒度分布。

通常，纳米粒度仪会使用一套复杂的算法和模型来处理散射数据，以得到可靠的结果。

动态光散射纳米粒度仪在颗粒测量和质量控制中具有广泛的应用。

一方面，它可以用于研究颗粒的大小、形状和浓度对物质性质的影响。

例如，在纳米材料研究领域，可以通过测量纳米粒子的粒径来评估合成工艺的效果和纯度。

另一方面，它也可以用于监测工业生产过程中悬浮液的颗粒分布和浓度变化。

例如，在制药工业中，可以利用纳米粒度仪检测药物的颗粒大小和分布，以确保产品质量和一致性。

然而，动态光散射纳米粒度仪也存在一些限制。

首先，它只能测量液体和悬浮液中的颗粒粒径，对于固体颗粒的测量比较困难。

其次，由于光散射的原理，纳米粒度仪对于颗粒的大小和形状有一定的限制，无法测量非球形颗粒或较大颗粒的粒径。

收稿日期:2007-06-051 作者简介:郭　研(1974～),女,吉林省长春市人,讲师,硕士.　3基金项目:吉林省教育厅科学技术研究项目资助(吉教科合字[2007]360号)动态光散射法监测纳米二氧化硅制备过程粒度的变化及过程分析3郭　研1　丁雪峰2　肖尊东3(1:吉林建筑工程学院基础科学部,长春　130021;　2:吉林大学化学学院,长春　130021;3:吉林省环境科学研究院,长春　130021)摘要:动态光散射是常用的一种用于检测颗粒粒径分布的方法.笔者利用动态光散射法对硅酯水解法制备纳米SiO 2过程进行监测,对粒径分布的图表进行了讨论分析.结果表明,反应温度在50℃的正硅酸乙酯水解缩合过程中,粒径存在明显的先增大后减小现象.关键词:纳米SiO 2;动态光散射;颗粒粒度;变化中图分类号:O 61214 文献标识码:A 文章编号:100921288(2008)0420031203Dynamic Light Scattering to Study the Size Change of N ano 2SiO 2Particlesand Process AnalysisGUO Yan 1,DIN G Xue 2feng 2,XIAO Zun 2dong 3(1:B asic Science Depart ment ,Jilin A rchitectural and Civil Engineering Institute ,Changchun 130021;2:Jilin U niversity Chemist ry Institute ,Changchun 130021;3:Jilin Environment Science Academe ,Changchun 130021)Abstract :Dynamic light scattering is one of the most popular methods used to determine the size of particles.The text use dynamic light scattering to study nano 2SiO 2by the hydrolysis of TEOS preparation ,and discussing the chart of particle distributing.The result makes know that the size of particles is obvious accretion firstly and min 2ish during the hydrolytic polycondensation of TEOS.K eyw ords :nano 2SiO 2;dynamic light scattering ;grain size ;change 动态光散射(DLC )是通过研究散射光在某一固定空间位置上,散射光强随时间的涨落现象来获取混杂在其中的待测颗粒粒径的有效技术[1].笔者主要利用粒度仪(3000HSA ),对硅酯水解法制备纳米二氧化硅过程进行时时监测,对粒径分布的图表进行了讨论分析.1　实验仪器和药品 正硅酸四乙酯:Si (OC 2H 5)4,广东汕头市西陇化工厂;蒸馏水:实验室自制;乙醇:北京化工厂;氨水:北京化工厂,配制成一定浓度.三口烧瓶,搅拌器,恒温水浴箱,移液管3支,量筒,粒度仪(3000HSA ).第25卷　第4期2008年12月吉　林　建　筑　工　程　学　院　学　报Journal of Jilin Architectural and Civil Engineering InstituteVol.25　No.4Dec 120082　实验方法 以分析纯无水乙醇作溶剂,加入少量蒸馏水及原硅酸四乙酯(TEOS )均匀搅拌,保持反应的温度为50℃.一段时间后,加入适量水解催化剂氨水.自加入氨水时起,每隔几分钟取样,利用动态光散射法进行粒度监控,通过一些平行实验,从而,了解纳米二氧化硅粒子的从水解—成核—长大的变化过程.3　动态光散射法监测纳米二氧化硅的粒径数据和图表分析311　动态光散射监测纳米二氧化硅的粒径数据 将不同时间段取样的测量结果列于表1.表1　动态光散射监测纳米二氧化硅的粒径数据距加入氨水后的时间间隔/min样品编号Area /%Mean /nm Width /nm 距加入氨水后的时间间隔/min样品编号Area /%Mean /nm Width /nm 200211　6219　5914　23192　9312　13317　271623711137144715450025110010109161101550022174177517341765002611001097131041722513303178513105002713192611612150023110010127109122961110116261325002416184710612图1-001 图1-002 由表1可以看出,在不同时间里粒径分布的百分率并不相同,相应的粒径尺寸和分布宽度也不一致,说明二氧化硅粒子在反应中变化细微,粒子的粒径大小不等,最终粒径大小为10116nm.312　动态光散射监测纳米二氧化硅的粒径图表分析 硅酯水解法制备纳米二氧化硅,一般认为,SiO 2的形成是TEOS 的水解与缩合的过程.R A 1Assink 认为,其反应动力学过程[2]可简写为:Si —OR +H —OH —Si —OH +ROH 图1-003 图1-004图1-005 图1-006Si —OR +HO —Si —Si —O —Si +ROH Si —OH +HO —Si —Si —O —Si +HOH第一步正硅酸乙酯水解形成羟基化的产物和相应的醇,第二三步硅酸之间或硅酸与正硅酸乙酯之间发生缩合反应.实际上第一步和第二步的反应是同时进行的,其过程非常复杂,因此,无法独立描述和区别水解和缩聚反应过程.在反应过程中,反应混合液经历了由透明无色、浑浊、淡乳白(或浅蓝白色)至乳白的颜色变化过程,反应开始后,很短时间浑浊就开始出现.当缩聚过程继续进行时,缩聚物就形成空间网络结构.正硅酸乙酯的水解到形成纳米二氧化硅的过程,可以归纳为这样一个过程:水解———成核———长大.水解的具体形成机理如下:碱催化条件下的TEOS 水解属于OH -离子直接进攻硅原子核的亲核反应机理,中间过程少,故水解速度快.TEOS 分子中的硅原子周围由4个尺寸较小的烷氧基-OC 2H 5与之键合,因此,硅原子表面直接暴露在外,容易吸收周围的阴离子.在碱性催化剂氨23吉　林　建　筑　工　程　学　院　学　报第25卷水参与下,由于OH -半径较小,将直接对硅原子发动亲核进攻,从而使硅原子核带负电,并导致电子云向另一侧的OR -基团偏移,致使该基团的Si -O 键被削弱而最终断裂,完成水解.一旦反应中产生羟基,之后的反应就会涉及水解和聚合的竞争,因此,羟基的生成对反应的进行起着决定作用[3].水解后,形成硅核,再继续缩合长大.因此,在形成纳米二氧化硅的过程中,随着反应的变化,粒子粒径及分布将随之而变.对应表1,将不同时间段的动态光散射图表列举如下:图1-007 图1-008图1的001-002表明TEOS 水解成核过程;图001混合颗粒的粒径6219%为5914nm ,峰宽为2319nm ;371119%为13714nm ,峰宽为4715nm ;图002混合颗粒的粒径7417%为7517nm ,峰宽为3417nm ;2513%为30317nm ,峰宽为8513nm ,水解反应还不完全.图1的003-004表明TEOS 水解基本完全,形成了微核;图004说明反应有少量硅酸之间或硅酸与正硅酸乙酯之间发生了缩合反应,反应物粒径分配不均,粒子粒径达到最大值.图1的005-006是长大过程.粒子粒径较图1-004的粒径减小.由于反应过程有中断取样影响,粒径分布宽度偏大,粒子粒径大小不一.图1-007是反应完毕后所测得的粒径,平均粒径为10116nm ,分布稍有不均.原因可能在于反应过程有不均匀的因素,中断取样或反应时间稍长造成的.图1-008为动态光散射监测纳米二氧化硅粒径7个图表叠加效果.4　粒径变化趋势及SiO 2粒子的透射电镜(TEM ) 该反应的温度为50℃,在正硅酸乙酯水解缩合过程中,由图2表明:粒径存在明显的先增大后减小过程.图3为SiO 2粒子的TEM 照片.由此可以看出,纳米二氧化硅的粒子成球形,分布较好.5　结论 通过实验可以看出:纳米二氧化硅粒子的生成,经历了水解—成核—长大的变化过程,在不同阶段,纳米粒子粒径的分布、均匀性不同.反应温度为50℃,正硅酸乙酯水解缩合过程中,粒径存在明显的先增大后减小过程.这一结论对研究纳米二氧化硅体系的制备具有重要的指导意义.参　考　文　献 [1]　刘桂强,杨冠玲,何振江1动态光散射在颗粒检测中的应用〔J 〕1中国粉体技术,2005(3):19-251 [2]　沈新璋,金名惠,孟厦兰1纳米二氧化硅的制备及表征〔J 〕1涂料工业,2002(9):15-161 [3]　王　芳,刘剑洪,罗仲宽1正硅酸乙酯水解-缩合过程的动态激光光散射研究〔J 〕1材料导报,2006,20(6):144-146133　第4期郭　研,丁雪峰,肖尊东:动态光散射法监测纳米二氧化硅制备过程粒度的变化及过程分析。

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS)，也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，准弹性光散射quasi-elastic scattering，测量光强的波动随时间的变化。

DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。

随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。

（一）动态光散射的基本原理1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度，粒子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。

2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义（见附件一）。

瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关（见附件二）。

某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认识是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0（此原理见附件三）。

根据光学理论可得出光强相关议程（见附件四）。

之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein 方程）。

大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。

如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。

类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。

附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。

可以看到，相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。