用于校准PM2．5切割器的标准物质及其制备和定值方法与流程

本发明属于标准物质制备技术领域，涉及用于校准PM2.5切割器的标准物质及其制备和定值方法，并涉及一种用于校准PM2.5切割器的标准物质的制备方法。

背景技术：

PM2.5是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响很大。粒径2.5μm以下的细颗粒物，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。目前，PM2.5颗粒物是我国空气污染的首要污染物，PM2.5的监测及治理是我国环境保护部门及国家政府的重要目标。

2011年环境保护部颁布了《HJ618-2011环境空气PM10和PM2.5的测定标准》，规定用于PM2.5颗粒物浓度监测的仪器为颗粒物采样器和颗粒物监测仪，其原理分别为手工分析方法和自动分析方法。手工分析方法采用滤膜称重法，自动分析方法包括微量振荡天平法(TEOM)、β射线法和光散射测量法。但是，不管是哪种方法，PM2.5浓度测量均是通过PM2.5切割器将大气颗粒物中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物分离出来，收集在滤膜上，然后进行测量分析。由此可见，PM2.5切割器计量性能的好坏直接影响PM2.5监测结果的准确性，因此需要对PM2.5切割器进行定期检测校准。

对于PM2.5切割器切割特性的检测校准，美国国家环保局(EPA)标准、我国国家环境保护标准《HJ618-2011环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》和日本JIS标准中，都推荐使用聚苯乙烯标准颗粒对PM2.5切割器进行校准。其中，PM2.5切割器切割特性校准需要使用空气动力学直径范围(1.5-4.0)μm的8种单分散标准颗粒。

目前，美国NIST和欧洲共同标准局现有的标准物质均不能满足PM2.5切割器检测校准所需标准颗粒范围的要求，而美国Duke公司的4000系列标准物质能够满足PM2.5切割器切割特性检测需求的仅有6种，同样不能完全满足PM2.5切割器检测校准的要求。另外，上述国外标准物质的特性量值均是物理直径，没有确切给出标准物质的空气动力学直径，不能直接用于PM2.5切割器切割特性检测校准。

我国目前已有30余种粒径范围在(1.5-10)μm之间的球形标准颗粒。我国粒度标准物质符合PM2.5切割器检测校准所需的标准颗粒要求范围的种类很少，且粒径也使用物理直径作为特性量值，也不能够满足PM2.5切割器的检测校准的要求。

综上所述，目前国内外的标准颗粒特性量值只有物理直径，没有针对PM2.5切割器切割特性检测校准用的空气动力学标准颗粒，无法进行PM2.5切割器切割特性校准检测。因此，亟需研制以空气动力学直径为特性量值的8种粒径范围在(1.5-4.0)μm的标准颗粒，从而，解决PM2.5切割器切割特性校准检测的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供用于校准PM2.5切割器的标准物质及其制备和定值方法。

本发明的目的还在于提供一种用于校准PM2.5切割器的标准物质的制备方法。

为到达上述发明目的，一方面，本发明提供了用于校准PM2.5切割器的标准物质，由8种球形颗粒组成，8种球形颗粒的空气动力学标称直径D_ae分别为1.5μm、2.0μm、2.2μm、2.5μm、2.8μm、3.0μm、3.5μm和4.0μm，球形颗粒为球形单分散交联聚苯乙烯标准颗粒。

上述标准物质通过如下步骤制作：准备步骤：将分散剂溶于乙醇和去离子水的混合溶液中作为水相，并将引发剂和交联剂溶于苯乙烯中作为有机相；反应步骤：将有机相加入水相中，控制反应温度和反应时间，搅拌均匀后得到乳液样品；和分离步骤：分别用乙醇和去离子水离心清洗乳液样品，然后经离心分级，得到用于校准PM2.5切割器的标准物质。

其中，准备步骤中的乙醇可以为140-210重量份，去离子水可以为13-18重量份，分散剂可以为2.1-3.6重量份，引发剂可以为0.28-0.85重量份，交联剂可以为0.04-0.16重量份和苯乙烯可以为20-80重量份。

另外，准备步骤中的分散剂可以为聚乙烯吡咯烷酮，引发剂可以为偶氮二异丁腈，交联剂可以为二乙烯基苯。

另外，反应步骤中的反应温度可以为65-70℃，反应时间可以为16-24h，搅拌速率可以为300-500r/min。

另外，在分离步骤中的离心分级在200-1000r/min下进行1-10min。

上述标准物质可以进一步通过如下步骤来定值：第一步，使用扫描电子显微镜和图像分析法来确定标准物质的物理直径；第二步，测量标准物质的真密度；和第三步，通过公式(1)来计算标准物质的空气动力学直径。其中，公式(1)如下：

$D_{ae}=(1+C_p)D_p\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_p}{{\mathrm{\ρ}}_0}}---\left(1\right)$

其中，D_p为所述标准物质的物理直径，ρ_P为所述标准物质的真密度，ρ₀为单位密度，C_P为修正系数，当D_ae为1.5μm时，C_P＝1.4638×10^-3；当D_ae为2.0-4.0μm时，C_P＝7.8072×10^-4。

另一方面，本发明还提供一种用于校准PM2.5切割器的标准物质的制备方法，包括以下步骤：准备步骤：将分散剂溶于乙醇和去离子水的混合溶液中作为水相，并将引发剂和交联剂溶于苯乙烯中作为有机相；反应步骤：将有机相加入水相中，控制反应温度和反应时间，搅拌均匀后得到乳液样品；分离步骤：分别用乙醇和去离子水离心清洗乳液样品，然后经离心分级，得到用于校准PM2.5切割器的标准物质。

上述制备方法还可以包括以下定值步骤：第一步，使用扫描电子显微镜和图像分析法来确定标准物质的物理直径；第二步，测量标准物质的真密度；和第三步，通过公式(1)来计算标准物质的空气动力学直径。其中，公式(1)如下：

$D_{ae}=(1+C_p)D_p\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_p}{{\mathrm{\ρ}}_0}}---\left(1\right)$

其中，D_p为所述标准物质的物理直径，ρ_P为所述标准物质的真密度，ρ₀为单位密度，C_P为修正系数，当D_ae为1.5μm时，C_P＝1.4638×10^-3；当D_ae为2.0-4.0μm时，C_P＝7.8072×10^-4。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明的用于校准PM2.5切割器切割特性的标准物质填补了国内外空白，空气动力学直径范围(1.5-4.0)μm的8种单分散标准颗粒，能够满足PM2.5切割器检测校准的需求。

(2)解决了标准颗粒的空气动力学直径定值过程中量值传递的溯源性问题。溯源性反映了测量结果或计量标准量值的一种特性，即任何测量结果和计量标准的值，最终必须与国家的或国际的计量基准联系起来，才能确保计量单位统一、量值准确可靠，才具有可比性、可重复性和可复现性。在这里，在已知颗粒的密度的情况下，空气动力学直径与物理学直径可以相互换算。因此，只需测得其密度和物理学直径，通过公式(1)即可计算出标准物质的空气动力学直径。

(3)制备的8种单分散标准颗粒的球形度好，均大于95％；相对标准偏差小，均在2％以下。

(4)制备的8种单分散标准颗粒的稳定性好，在10％NaOH、10％H₂SO₄和80％乙醇水溶液中浸泡一周，30％丙三醇水溶液中浸泡两年，形状、粒径无变化；在120℃烘箱中烘干处理24小时，颗粒不破碎、不变形、粒径无变化。

附图说明

图1为制备球形标准颗粒的步骤流程图。

图2为制备的1.5μm球形标准颗粒的扫描电子显微镜照片。

图3为制备的2.5μm球形标准颗粒的扫描电子显微镜照片。

图4为制备的2.5μm球形标准颗粒的粒径的数量分布图。

图5为制备的3.0μm球形标准颗粒的扫描电子显微镜照片。

图6为制备的4.0μm球形标准颗粒的粒径的数量分布图。

图7为制备的4.0μm球形标准颗粒的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例进一步详细描述本发明，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用于限制本发明。

根据本发明的实施方式，本发明提供了用于校准PM2.5切割器的标准物质，由8种球形颗粒组成，8种球形颗粒的空气动力学标称直径D_ae分别为1.5μm、2.0μm、2.2μm、2.5μm、2.8μm、3.0μm、3.5μm和4.0μm，球形颗粒为球形单分散交联聚苯乙烯标准颗粒。

在这里，空气动力学直径是指某一种类的颗粒，不论其形状，大小和密度如何，如果它在空气中的沉降速度与一种密度为1的球形颗粒的沉降速度一样时，则这种球形颗粒的直径即为该种颗粒的空气动力学直径。标称直径是理论上应该达到的直径。

根据本发明的实施方式，上述标准物质可以通过如图1所示的步骤制作：准备步骤S110：将分散剂溶于乙醇和去离子水的混合溶液中作为水相，并将引发剂和交联剂溶于苯乙烯中作为有机相；反应步骤S120：将有机相加入水相中，控制反应温度和反应时间，搅拌均匀后得到乳液样品；和分离步骤S130：分别用乙醇和去离子水离心清洗乳液样品，然后经离心分级，得到用于校准PM2.5切割器的标准物质。离心分级是指将乳液样品在去离子水中离心，离心速率为200-1000r/min，时间为1-10min，每次均取上层球形颗粒，直至将8种球形颗粒完全分开，具体地，当离心速率为1000r/min，离心时间为10min时，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；当离心速率为900r/min，离心时间为9min时，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；当离心速率为800r/min，离心时间为8min时，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；当离心速率为700r/min，离心时间为7min时，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；当离心速率为600r/min，离心时间为4min时，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；当离心速率为400r/min，离心时间为2min时，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；当离心速率为200r/min，离心时间为1min时，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

根据本发明的实施方式，准备步骤中的乙醇可以为140-210重量份，去离子水可以为13-18重量份，分散剂可以为2.1-3.6重量份，引发剂可以为0.28-0.85重量份，交联剂可以为0.04-0.16重量份和苯乙烯可以为20-80重量份。

根据本发明的实施方式，例如，准备步骤中的分散剂可以为聚乙烯吡咯烷酮，引发剂可以为偶氮二异丁腈，交联剂可以为二乙烯基苯。

根据本发明的实施方式，反应步骤中的反应温度可以为65-70℃，反应时间可以为16-24h，搅拌速率可以为300-500r/min。

根据本发明的实施方式，上述标准物质可以进一步通过如下步骤来定值：第一步，使用扫描电子显微镜和图像分析法来确定标准物质的物理直径；第二步，测量所述标准物质的真密度；和第三步，通过公式(1)来计算所述标准物质的空气动力学直径。例如，在第二步中可以采用标准JIS Z8807-2012测量。其中，公式(1)如下：

$D_{ae}=(1+C_p)D_p\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_p}{{\mathrm{\ρ}}_0}}---\left(1\right)$

其中，D_p为所述标准物质的物理直径，ρ_P为所述标准物质的真密度，ρ₀为单位密度，通常为1g/cm³，C_P为修正系数，当D_ae为1.5μm时，C_P＝1.4638×10^-3；当D_ae为2.0-4.0μm时，C_P＝7.8072×10^-4。利用公式(1)，在已知颗粒的密度的情况下，空气动力学直径与物理学直径可以相互换算，解决了标准颗粒的空气动力学直径定值过程中量值传递的溯源性问题。

根据本发明的另一个实施方式，本发明提供一种用于校准PM2.5切割器的标准物质的制备方法，包括以下步骤：准备步骤：将分散剂溶于乙醇和去离子水的混合溶液中作为水相，并将引发剂和交联剂溶于苯乙烯中作为有机相；反应步骤：将所述有机相加入所述水相中，控制反应温度和反应时间，搅拌均匀后得到乳液样品；和分离步骤：分别用乙醇和去离子水离心清洗所述乳液样品，然后经离心分级，得到所述用于校准PM2.5切割器的标准物质。

根据本发明的另一个实施方式，上述制备方法还包括以下定值步骤：第一步，使用扫描电子显微镜和图像分析法来确定所述标准物质的物理直径；第二步，测量所述标准物质的真密度；和第三步，通过公式(1)来计算所述标准物质的空气动力学直径。其中，公式(1)如下：

$D_{ae}=(1+C_p)D_p\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_p}{{\mathrm{\ρ}}_0}}---\left(1\right)$

其中，D_p为所述标准物质的物理直径，ρ_P为所述标准物质的真密度，ρ₀为单位密度，通常为1g/cm³，C_P为修正系数，当D_ae为1.5μm时，C_P＝1.4638×10^-3；当D_ae为2.0-4.0μm时，C_P＝7.8072×10^-4。利用公式(1)，在已知颗粒的密度的情况下，空气动力学直径与物理学直径可以相互换算，解决了标准颗粒的空气动力学直径定值过程中量值传递的溯源性问题。

实施例1、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将2.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于190mL乙醇和16mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.5437g偶氮二异丁腈和0.0622g二乙烯基苯溶于45mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为300r/min，在69℃下反应20h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例2、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将3.3g聚乙烯吡咯烷酮溶于200mL乙醇和16mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.4668g偶氮二异丁腈和0.0622g二乙烯基苯溶于50mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为300r/min，在65℃下反应20h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例3、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将2.9g聚乙烯吡咯烷酮溶于170mL乙醇和14mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.5437g偶氮二异丁腈和0.1534g二乙烯基苯溶于75mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为400r/min，在70℃下反应20h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例4、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将2.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于180mL乙醇和18mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.3056g偶氮二异丁腈和0.0622g二乙烯基苯溶于25mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为350r/min，在69℃下反应16h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例5、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将3.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于190mL乙醇和16mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.5437g偶氮二异丁腈和0.0988g二乙烯基苯溶于75mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为450r/min，在69℃下反应24h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例6、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将2.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于140mL乙醇和16mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.2894g偶氮二异丁腈和0.0622g二乙烯基苯溶于30mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为400r/min，在69℃下反应22h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例7、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将3.5g聚乙烯吡咯烷酮溶于210mL乙醇和16mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.8436g偶氮二异丁腈和0.1500g二乙烯基苯溶于79mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为500r/min，在69℃下反应20h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例8、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将2.1g聚乙烯吡咯烷酮溶于175mL乙醇和13mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.28g偶氮二异丁腈和0.04g二乙烯基苯溶于22mL苯乙烯中作为有机相；

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为300r/min，在69℃下反应20h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

实施例9、本发明的标准物质的制备

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，通过以下步骤制作：

准备步骤：将3.6g聚乙烯吡咯烷酮溶于262mL乙醇和18mL去离子水的混合溶液中作为水相，0.85g偶氮二异丁腈和0.16g二乙烯基苯溶于78mL苯乙烯中作为有机相；(苯乙烯范围20-80mL)

反应步骤：将有机相加入水相中，调节搅拌转速为300r/min，在69℃下反应20h，得到乳液样品；和

分离步骤：将乳液样品分别用乙醇和去离子水离心清洗3次，以除去未反应完全的分散剂、引发剂和苯乙烯；然后将乳液样品在去离子水中离心，调节离心速率为1000r/min，离心10min后，乳液样品上层为1.5μm的球形颗粒，重复此操作直到1.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为900r/min，离心9min后，乳液样品上层为2μm的球形颗粒，重复此操作直到2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为800r/min，离心8min后，乳液样品上层为2.2μm的球形颗粒，重复此操作直到2.2μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为700r/min，离心7min后，乳液样品上层为2.5μm的球形颗粒，重复此操作直到2.5μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为600r/min，离心4min后，乳液样品上层为2.8μm的球形颗粒，重复此操作直到2.8μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为400r/min，离心2min后，乳液样品上层为3μm的球形颗粒，重复此操作直到3μm的球形颗粒被完全分离出来；调节离心速率为200r/min，离心1min后，乳液样品上层为3.5μm的球形颗粒，重复此操作直到3.5μm的球形颗粒被完全分离出来；此时，乳液样品中下层为4.0μm的球形颗粒。

测试例1：对实施例1中本发明的标准物质定值

本发明的标准物质，由8种球形颗粒组成，其定值方法，包括以下步骤：

第一步，使用扫描电子显微镜和图像分析法来确定标准物质的物理直径；

第二步，采用标准JIS Z8807-2012测量所述标准物质的真密度，结果均为1.050g/cm³；和

第三步，通过公式(1)来计算所述标准物质的空气动力学直径。利用公式(1)，在已知颗粒的密度的情况下，空气动力学直径与物理学直径可以相互换算，解决了标准颗粒的空气动力学直径定值过程中量值传递的溯源性问题。

上述制备的8种标准物质的物理直径(D_P)、相对标准偏差(RSD)、球形度()以及空气动力学直径(D_ae)如下表1。

表1

其中，球形颗粒的一个重要技术参数是其球形度大小，颗粒越接近球形其球形度越接近1。目前，国际上对球形标准物质球形度的要求为≥0.95。按以下公式(2)计算颗粒的球形度：

为颗粒球形度，A为颗粒的投影面积，p为全部投影周长。

由表1可以看出，实施例1制备的8种标准物质的相对标准偏差均小于2％，球形度均大于0.95，符合球形标准物质的要求。实施例1制备的1.5μm、2.5μm、3.0μm和4.0μm球形标准颗粒的扫描电子显微镜照片分别如图2、图3、图5和图7所示，由图可知，实施例1制备的标准颗粒大小均一，具有良好的球形度，且表面光滑，无破损、无缺陷、无团聚。此外，实施例1制备的2.5μm和4.0μm球形标准颗粒的粒径的数量分布图如图4和图6所示，由图可知，实施例1制备的标准颗粒粒径均呈正态分布，且分布很窄，表明标准颗粒具有很好的单分散性。

为了检测实施例1制备的8种单分散标准颗粒的稳定性，将实施例1制备的8种单分散标准颗粒在10％NaOH、10％H₂SO₄和80％乙醇水溶液中浸泡一周，在30％丙三醇水溶液中浸泡两年，形状、粒径无变化；在120℃烘箱中烘干处理24小时，颗粒不破碎、不变形、粒径无变化，表明实施例1制备的8种单分散标准颗粒的稳定性优异。

采用方差分析法对实施例1制备的标准物质的数量平均粒径进行均匀性检验，结果表明，组内与组间无明显差异，样品是均匀的。采用t检验法评价实施例1制备的标准物质数量平均粒径为期1年的稳定性，结果表明，该标准物质的测量值与标准值一致，特性量值没有发生显著性变化，稳定性良好。

利用PM2.5标准切割器切割特性检测装置对实施例1制备的标准颗粒适用性进行验证，结果表明，本发明的球形标准颗粒能够完全适用于PM2.5切割器的检测校准。

以上具体实施例仅用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。任何熟悉该领域的工程技术人员根据上述发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。