数值方法计算数据库。
[0027] 针对实际样品与上述建模时考虑的理想情况之间的偏差，分别研究纳米颗粒的变 形和分散性对测量结果的影响。纳米颗粒的变形情况多种多样，但颗粒长宽比的变化对其 消光光谱的影响最大，此处考虑的金纳米棒的几何模型作为研究纳米颗粒的变形模型，即 为一个圆柱体和两个半椭球形的"端帽"构成，其中?和盈分别代表纳米棒的宽度和长度， d#: = ?///表示纳米棒的长宽比。
[0028] 为了弥补这些影响，可以将被测的金属纳米颗粒群看做具有等效长宽比^ff和 等效分散性Cf:的棒形纳米颗粒群。因此，可对做如下修正：
其中上标COR表示考虑了变形以及分散性影响后的吸光度的修正值。
[0029] 此模型中采用:?和作为对纳米颗粒的实际变形和分散性对测量结果影响 的补偿。由于实际测量中，样品的这些参数都是未知的。因此，有必要对它们进行合理的预 估。在测量化学合成的球形金属纳米颗粒(也是目前常用的大多数颗粒)时，样品分散性Cr 和平均长宽比亙可分别选取=10%和A d:#。对于用其它方法制备的特殊的纳 米颗粒，其分散性Cr和平均长宽比并为非上述典型值，需要根据情况合理确定 和 。
[0030] 在进行了上述修正后，可重新计算更符合实际情况的球形纳米颗粒群的消光截 面，即得到^ or和，进而可得到修正后的曲线及其灵敏度，并可据此测量粒径 范围为20nm - 105nm的球形金纳米颗粒样品。
[0031] 当所述纳米颗粒为纳米棒时，采用T矩阵算法建立在波长λ λ 2下的平均消光 截面伫」与粒径D相关的数据库和< Cmi (七,0〇>，得到平 均消光截面>与粒径D之间的关系。所述纳米颗粒为金纳米棒，纳米棒的关键几何特征 量包括金纳米棒的长宽比参数AR、粒径D。金纳米棒的粒径D范围设置为5nm~165nm，步长 设置为〇. 5nm~40nm之间均可；长宽比AR范围设置为]-10,步长设置为0. 05-1之间均可。 计算的单色光波长范围这:设置为300nm~2000nm之间，步长设置为0· 5nm-20nm之间均可。
[0032] 由于上述操作是针对棒形纳米颗粒进行建模，可以采用最精确、最快速的T矩阵 算法进行严格的数值方法计算数据库。此处数据库在各种应用中只需要计算一次，之后可 保存下来重复使用，大大提高后续测量的效率。
[0033] 数据处理系统根据上述存储的吸光度比值与平均粒径的未修正的关系和修正的 关系，最终计算得到待测纳米颗粒样品的平均粒径f。
[0034] 本实例在采用Λ = 〃和弋=573nm..:，得到的吸光度比值心.?及其修正值 与平均粒径5之间的关系如图2所示。
[0035] 本发明提供的单光路纳米颗粒平均粒径测量系统及测量方法，只需通过测量两个 波长处的吸光度而无需测量整个光谱，并根据理论建模建立了在选取两个合适的波长处纳 米颗粒样品的吸光度比值与平均粒径之间的关系，通过软件部分快速、稳定及精确的计算 出大样品量的金属纳米颗粒群的平均粒径，解决了现有散射度量法需要对散射逆问题进行 建模求解以及需要使用较昂贵的光谱仪器的不足，降低了测量的成本，提高了测量的速度、 稳定度。通过更换不同波长的光源，本发明还可以用于其它材料和形状的金属纳米颗粒的 测量。由于本发明为单光路系统，结构极其简单，因此具有体积小、重量轻、操作简单的优 点，且系统性(!纟更加稳走。
[0036] 请一并参阅图3,本发明第二实施例提供一种单光路纳米颗粒平均粒径测量系统 200,包括一光源模组10,样品池3, 一光电探测单元4及一数据处理系统8。所述单光路纳 米颗粒平均粒径测量系统200的结构与第一实施例所述单光路纳米颗粒平均粒径测量系 统100的结构基本相同，其不同在于，所述光源模组10包括波长为1的第一窄带光源5、波 长为^的第二窄带光源6以及合光器7,由第一窄带光源5和第二窄带光源6产生的光经 合光器7折转进入样品池3。
[0037] 具体的，所述第一窄带光源5、第二窄带光源6用以产生单色光。本实例中，所述 第一窄带光源5、第二窄带光源6可以为窄带发光二极管，还可以为激光器，以产生单色光。 进一步，所述合光器7用于将第一窄带光源5、第二窄带光源6输出的单色光合成一束光折 转进入后续光路中。所述"窄带"是指所述光源输出的光的波长小于50纳米，优选的，所述 光源输出的光的波长小于32纳米。
[0038] 请一并参阅图4,本发明第三实施例提供一种单光路纳米颗粒平均粒径测量系统 300,包括一光源模组10,样品池3, 一光电探测单元4及一数据处理系统8。所述单光路纳 米颗粒平均粒径测量系统400的结构与第一实施例所述单光路纳米颗粒平均粒径测量系 统100的结构基本相同，其不同在于，所述光源模组10包括波长为·Λ的第一窄带光源5、波 长为?的第二窄带光源6,由第一窄带光源5和第二窄带光源6产生的光平行入射到样品 池3中。
[0039] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种金属纳米颗粒粒径的测量系统，包括：一光源模组，一样品池，一光电探 测单元以及一数据处理单元；其特征在于，所述光源模组用于依次发出的两个波长为 和4单色光；所述样品池用于承载参考样品及待测样品，光源模组输出的光经过样品池 后进入光电探测单元，经光电探测单元处理后输入数据处理单元；所述数据处理单元包括 在||和_两个波长下，金属纳米颗粒的吸光度比值％4与粒径沿之间对应关系的第一数 据处理模组，包括吸光度比值'A、吸光度和、平均消光截面与粒径D之间关 系的数据库（Q(七和（& (七Dji?，CT)> ;以及在士和_两个波长下， 金属纳米颗粒修正后的吸光度比值 与平均粒径；I.之间对应关系的第二数据处理模 组，包括修正后的吸光度比值吸光度魂和:秦、平均消光截面与平均粒径g之间关系的数据库<Q(4,D，2尽Cf〇)和<Q(4，A观，CP)>。2. 如权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，在，和羯两个波 长下，金属纳米颗粒的吸光度对应为為。和為1:，金属纳米颗粒在不同波长下的吸光度的比 值满足： '魏y:2:'=.論:2:|.為1'。3. 如权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，吸光度魂及:卷 与金属纳米颗粒平均消光截面<^；1>之间的关系为：其中◎於为金纳米颗粒样品的光学厚度，是颗粒的数量浓度，即单位体积内的颗粒 数量，t为金属纳米颗粒样品的厚度。4. 如权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述金属纳米颗 粒的消光光谱的测量结果用吸光度-1表示，满足： :?=-log(S),其中，匁为金属纳米颗粒的透过率，汰:是单色光波长，为所述光电探测单元探测到 的测量光强度，为所述光电探测单元探测到的参考光强度。5. 如权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述纳米颗粒为 球形纳米颗粒，平均消光截面与粒径d之间关系的数据库和 Dfd尽CT)>为采用Mie理论算法建立的第一数据处理模组。6. 如权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述纳 米颗粒为纳米棒时，修正后的平均消光截面与平均粒径万相关的数据库 足和<(^(4，1：^足|^/)；>为采用1'矩阵算法建立的第二数据处理模 组。7. 如权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述光源模组包 括波长为_的第一窄带光源、波长为$的第二窄带光源以及合光器，由第一窄带光源和第 二窄带光源产生的光经合光器折转进入样品池中。8. 如权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述光源模组包 括波长为:_的第一窄带光源、波长为_的第二窄带光源，由第一窄带光源和第二窄带光源 产生的光平行进入样品池中。9. 一种利用权利要求1所述的金属纳米颗粒粒径的测量系统测量金属纳米颗粒粒径 的测量方法，包括： 将参考样品放入样品池中，测量参考光强度 将待测样品放入样品池中，获取测量光强度得到待测样品的透过率％，并得到待 测样品在波长4和毛的吸光度為,和吟，；以及 将测得的金属纳米颗粒样品的吸光度和^输入数据处理系统，得到吸光度比值 ，根据吸光度与平均粒径的关系，计算得到待测纳米颗粒样品的平均粒径議:，其中， =An^Ai〇
【专利摘要】本发明提供一种金属纳米颗粒粒径的测量系统，包括：一光源模组，一样品池，一光电探测单元以及一数据处理单元；所述光源模组用于依次发出的两个波长为？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？和单色光；所述样品池用于承载参考样品及待测样品，光源模组输出的光经过样品池后进入光电探测单元，经光电探测单元处理后输入数据处理单元；所述数据处理单元包括在和两个波长下，金属纳米颗粒的吸光度比值与粒径之间对应关系的第一数据处理模组；以及在和两个波长下，金属纳米颗粒修正后的吸光度比值与平均粒径之间对应关系的第二数据处理模组。本发明进一步提供一种利用所述金属纳米颗粒粒径的测量系统测量粒径的方法。
【IPC分类】G01N15/02
【公开号】CN105092431
【申请号】CN201510301700
【发明人】白本锋, 肖晓飞, 刘祯
【申请人】清华大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月5日