一种颗粒数量浓度标准物质的制备设备及方法与流程

本发明涉及标准物质计量检测领域，尤其涉及一种颗粒数量浓度标准物质的制备设备及方法。

背景技术：

1、近些年，纳米、亚微米级颗粒的粒径及数量浓度的检测和表征引起了各个领域的强烈关注。其中，在生物医学领域中，对纳米亚微米颗粒参数的准确测量是认识其对生命系统内在影响的关键步骤，如，在医疗产品开发中需对负载有蛋白的颗粒数量的进行测量，在监测治疗中需对作为标记物的细胞微囊泡和外泌体大小、浓度和表型进行测量。在口服使用的难溶性药物和针对肺部治疗的靶向输送研究中，需在颗粒数量浓度测量的基础上实现对药物及治疗作用效率的评价。在神经退行性疾病的纤维状淀粉样蛋白生成的动力学模型研究中，需对纳米亚微米颗粒进行定性定量分析。在蛋白质药物和生物治疗功效的聚集体的定量制备中，需准确获得颗粒粒径及数量，以满足权威法规以及消除安全问题；实际医疗手术以及工业生产加工车间，将颗粒数量浓度作为操作空间洁净度的要求。半导体加工过程所用超纯水和化学试剂中对固体杂质的粒径及浓度有着严格要求。工业生产制造的天然或无意生产的纳米颗粒的毒性和对生态环境的影响风险评估等等。从以上列举的实际应用情况总结得出，不同研究领域对纳米、亚微米级颗粒粒径和数量浓度的准确测量是今后在许多领域科学研究中不可或缺的一步。

2、对于液体介质中的颗粒粒径这一参量，可使用电子显微镜、激光粒度分析仪、动态光散射法等多种技术进行表征，而该类粒度仪的校准可使用量值均可溯源至长度计量标准的标准物质(crms)，从而可保证测量结果的可靠性。而对于溶液中的颗粒数量浓度这一参量，目前测量技术包括扫描电子显微镜计数法、库尔特法、颗粒跟踪分析仪(nta)和液体颗粒计数器、icp-ms等测量方法，上述测量仪器浓度测量结果的可靠性通常需使用标准物质进行校准或验证。然而，目前仅开发出了粒径在2微米以上的颗粒数量浓度标准物质。

3、由于纳米亚微米级颗粒数量浓度标准物质的缺乏，在对相关测量仪器的校准进行校准时，仅能通过使用一些非直接的方法对仪器进行校准或核验。其中，质量浓度-数量浓度转化法是较为常见的一种方法。即依据所用粒度标准物质样品中的质量浓度信息及其粒径值，计算得到数量浓度的量值。但是在该方法中，质量浓度值通常来源于crm供应商，且由于溶液中表面活性剂等的贡献，质量浓度信息的可靠性无法得到保证。与此同时，由于样品粒径分布的影响，由此得出的颗粒数量浓度可能也存在较大的问题。kazuhirokumagai等利用微型液体分散装置制备得到满足扫描电子显微镜(sem)观测要求的微量金颗粒(gnps)悬浮液滴，并使用sem对干燥后样品的颗粒数量进行统计和测量，结合所用悬浮液滴的重量测量结果，从而计算得到准确的样品nc值。该方法可准确地获得nc参数，结果可靠。然而也存在着明显的不足，如：测量样品需要进行复杂的预处理过程，为满足测量结果准确性、溯源性要求导致测量步骤工序繁多。于此同时，由于颗粒数量浓度结果是通过计数方法统计测量得到，该结果与si单位的关联性还存在一些问题

技术实现思路

1、基于上述问题，本发明的目的是提供一种颗粒数量浓度标准物质的制备设备及方法，本发明采用如下技术方案：

2、本发明提供了一种颗粒数量浓度标准物质的制备设备，包括气溶胶雾化发生器，所述气溶胶雾化发生器的进气口与供气系统连接，所述气溶胶雾化发生器的液滴出口依次连接液滴干燥装置、粒子中和器、差分电迁移分级器和气溶胶分配器，所述差分电迁移分级器的电压及流量由dma控制器进行控制，所述差分电迁移分级器与所述气溶胶分配器之间的管路上连接有压缩气体管路，所述气溶胶分配器的出口分为两路，所述气溶胶分配器出口的其中一路依次与颗粒收集撞击器、第一凝结核粒子计数器相连接；所述气溶胶分配器出口的另一支路则依次连接气溶胶稀释器、第二凝结核粒子计数器；

3、所述颗粒收集撞击器包括收集瓶，所述收集瓶的顶部设置有颗粒进管和颗粒出管，所述颗粒进管的尾部连接一定出口直径的空心锥形喷嘴，所述空心锥形喷嘴竖直朝下，且高度低于所述颗粒出管。

4、优选地，所述供气系统包括空压机、高效过滤器和冷干机，所述空压机、高效过滤器、冷干机依次串联在一起。

5、优选地，所述液滴干燥装置包括垂直加热干燥器和扩散干燥器，所述垂直加热干燥器和扩散干燥器依次串联在一起。

6、本发明还提供了一种颗粒数量浓度标准物质的制备方法，应用上述所述的颗粒数量浓度标准物质的制备设备，制备方法包括以下步骤：

7、步骤1：将标称值为dnm的聚苯乙烯标准颗粒滴入超纯水中制备得到悬浮液样品，并将所得样品放入所述气溶胶雾化发生器中；

8、步骤2：使用高纯水和纯度为99.9％以上的十二烷基硫酸钠，配制得到100ml质量浓度为0.3～3％的表面活性剂溶液，之后，将其全部倒入所述颗粒收集撞击器中作为收集液；

9、步骤3：调节所述气溶胶雾化发生器的发生压力，使得经0.1微米过滤器过滤的压缩空气进入所述气溶胶雾化发生器并将悬浮液样品雾化为液滴；

10、步骤4：调节所述垂直加热干燥器的温度至100℃以上，使得形成的液滴样品干燥为固体颗粒，之后载有固体颗粒样品的气流经过所述扩散干燥器后形成湿度不大于30％的气溶胶样品；

11、步骤5：设定所述差分电迁移分级器的电压，使得其分级粒径与所述步骤1中所用聚苯乙烯标准颗粒的标称粒径一致，即为dnm；

12、步骤6：连接气路，使得所述步骤4形成的气溶胶样品分别经过粒子中和器后达到玻尔兹曼电荷平衡，随后经过所述差分电迁移分级器，得到单分散、且已知粒径为dnm的气溶胶标准粒子；

13、步骤7：所述步骤6所得的气溶胶标准粒子样品经与所述压缩气体管路吹出的压缩气体稀释后流经所述气溶胶分配器被分为两路；

14、其中一路与所述颗粒收集撞击器的所述颗粒进管相连接，恒定流速的气溶胶粒子通过所述颗粒进管进入撞击器内部并由所述空心锥形喷嘴射流进入由所述步骤2配置的收集液中，颗粒通过撞击行为机制分散在收集液体系中，因颗粒溢出状态受其自身疏水性和流体的作用力等影响，部分颗粒从收集液表面溢出，并从颗粒出管流出，所述颗粒出管连接所述第一凝结核粒子计数器，由所述第一凝结核粒子计数器计数确定溢出颗粒数量浓度；

15、另一支路则与串联有所述气溶胶稀释器的第二凝结核粒子计数器相连接，所述第二凝结核粒子计数器用于实时测量所述颗粒收集撞击器入口处颗粒的数量浓度；其中所述气溶胶稀释器的作用是对进入所述第二凝结核粒子计数器的气溶胶浓度进行适当稀释，保证进入的气溶胶样品浓度在其单颗粒计数模式范围内；

16、步骤9：记录收集时间tc；所述颗粒收集撞击器中颗粒数量浓度cpnc通过公式计算：

17、

18、式中：cin为第二凝结核粒子计数器记录的收集器入口处流入颗粒的数量浓度，particles/cm3；qin为第二凝结核粒子计数器的采样流量，l/min；cout为第一凝结核粒子计数器记录的收集器出口处颗粒的溢出数量浓度，particles/cm3；qout为第一凝结核粒子计数器的采样流量；tc为收集粒子时间，s；vl为撞击器中收集液体积，ml。

19、优选地，将第一凝结核粒子计数器和第二凝结核粒子计数器的采样流量均设定为0.3l/min；将所述空心锥形喷嘴出口的直径设定在0.5～0.1mm范围内；将将所述空心锥形喷嘴出口与液面高度设定在0.5～7cm范围；在所述所述颗粒收集撞击器底部设置磁子搅拌装置，磁子搅拌装置的转速为100rpm。

20、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

21、本发明通过气体中颗粒样品向液体介质的定量转移，借助气体中颗粒数量浓度量值具有很好的溯源性和可靠性，通过对定量转移过程中进入及溢出颗粒浓度的准确测量，计算得到液体中颗粒数量浓度值，该量值具有准确度高、溯源性好的特点，有效解决基于电子显微镜测量的液体中纳米、微米级颗粒数量浓度标准物质的定值不确定度大的问题；本发明可实现对纳米、亚微米级颗粒数量浓度标准物质的制备，且其量值通过气溶胶入口浓度、收集效率、收集时间而计算得到，量值可溯源至si单位。