2. 所选取的区域容易定位，为此在前述的样片的制作过程中，可W在第一基板上进行 相应的标记。
[0036] 步骤S13,将承载有标准纳米颗粒的第一基板放在载物台上，采用单个纳米颗粒粒 径的测量系统100获取所述特定区域内标准纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像。
[0037] 将所述的载有标准纳米颗粒的第一基板放置在载物台4上，打开照明光源，调整 暗场聚光器模组20W及物镜5与载物台4的相对位置，通过显示及处理单元9观察获取的 图像，直至得到观察到标准纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像。随后，调整载物台4,并通 过显示及处理单元9观察获取的图像，直至寻找到所述的特定区域。通过所述图像处理软 件获取并保存对应于特定区域的散射光斑的暗场显微图像。
[0038] 步骤S14,处理步骤S13中获取的标准纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像，获得 对应于每个标准纳米颗粒的散射光斑强度/M/i。
[0039] 实际测量中，要准确测得纳米颗粒散射光的绝对强度是很困难的。但根据衍射理 论可知，标准颗粒的散射光斑强度巧用来反映颗粒散射光强的大小。通过所述图像处 理软件处理步骤S13获取的标准纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像包括： 1) 对图像进行预处理，实现对图像的降噪处理； 2) 将原始彩色图像处理为灰度图； 3) 采用二值化算法将灰度图转换为二值图； 4) 对单个散射光斑位置的检测； 5) 将每个被检测到的散射光斑的所有像素点的灰度提取出来，并对其求和，得到每个 标准纳米颗粒的散射光斑强度。
[0040] 本实例中，采用Niblack二值化算法实现将灰度图转换为二值图，采用化U曲变换 圆检测方法实现对单个散射光斑位置的检测。
[0041] 步骤S15,根据步骤S12获得的每个标准纳米颗粒的粒径的测量数据与步骤S14 获得的对应的每个标准纳米颗粒的散射光斑强度，建立起标准纳米颗粒的散射光斑强度 与标准纳米颗粒粒径巧之间的关系。
[0042] 根据标准纳米颗粒的相对位置，将步骤S12获得的每个标准纳米颗粒的粒径篮的 测量数据与步骤S14获得的对应的每个标准纳米颗粒的散射光斑强度进行对应，采 用数据拟合的方式建立起在本实验条件下标准纳米颗粒的散射光斑强度与标准纳米 颗粒粒径巧之间的关系。考虑到不同拟合方法对测量结果的影响，运里对拟合多项式的级 次选取原则为： 1) 若标定过程中，标准颗粒的粒径范围涵盖了待测样品的粒径范围，那么采用高级次 多项式拟合更符合实验数据，对待测颗粒的测量精度也更高； 2) 若标定过程中，标准颗粒的粒径范围未涵盖待测样品的粒径范围，当采用高级次多 项式拟合时，由于高次多项式的波动性，会使得粒径未在标准样品粒径范围内的待测颗粒 的测量出现一定偏差，即此情况超出了标定范围，采用一次多项式拟合。在此情况下，一次 多项式的拟合结果将更加稳定、可靠。
[0043] 综合上述考虑，确定最优拟合方案的实现步骤如下： 步骤1 :在标定过程中，需要提取出标准颗粒的粒径最大值和最小值、及其对应的散射 光斑的强度； 步骤2 :提取待测纳米颗粒的散射光斑强度信息，并将待测纳米颗粒归类：在上述散射 光斑的强度范围内的颗粒和未在该范围内的颗粒； 步骤3 :分别采用高次和一次多项式拟合关系计算上述两组颗粒的粒径，得到最终的 测量结果。
[0044] 显然，高次多项式拟合关系可W保证上述散射光斑的强度范围内的颗粒的粒径的 测量结果更加准确，而一次多项式拟合关系可W防止高次多项式的波动性导致的未在该范 围内的颗粒的测量结果偏差偏大。
[0045] 步骤S16,将待测纳米颗粒分散在一第二基板上，制作待测纳米颗粒的样本。
[0046] 可采用步骤S11中的操作流程，将待测纳米颗粒分散在第二基板上，制作待测纳 米颗粒的样本。
[0047] 步骤S17,将承载有待测纳米颗粒的第二基板放在载物台4上，采用单个纳米颗粒 粒径的测量系统100对承载有待测纳米颗粒的第二基板进行观测，获取待测纳米颗粒的散 射光斑的暗场显微图像。
[0048] 将步骤S13中所述的载有标准纳米颗粒的第一基板更换为承载有待测纳米颗粒 的第二基板，调整暗场聚光器模组20W及物镜5与载物台4的相对位置，通过显示及处理 单元9观察获取的图像，直至得到观察到待测纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像。通过 软件获取并保存待测纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像。测量的纳米颗粒的面积根据实 验要求尽可能的大，W获取大样品量的待测纳米颗粒的散射光斑。
[0049] 步骤S18,根据步骤S17获取的待测纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像，获得对 应于每个待测纳米颗粒的散射光斑强度4，并根据步骤S15建立起的标准纳米颗粒的 散射光斑强度与标准纳米颗粒粒径墳之间的关系，得到暗场显微图像中待测纳米颗 粒的粒径
[0050] 类似于步骤S14,通过所述图像处理软件对处理步骤S17获取的待测纳米颗粒的 散射光斑的暗场显微图像，获得对应于每个待测纳米颗粒的散射光斑强度。将此处 获得的数据代入步骤S15建立起的标准纳米颗粒的散射光斑强度/H/j与标准纳米颗粒粒 径逍之间的关系，最终得到单个待测纳米颗粒的粒径万'。将此数据保存W用于后续的显 示，处理等。
[0051] 步骤S11制作标准纳米颗粒的样本，W及步骤S12中测量的标准纳米颗粒的粒径 的数据只操作一次，之后可将标准纳米颗粒的样本和测得的数据保存下来重复使用，而不 再使用显微成像法测量所述的纳米颗粒的标准样本，大大提高后续测量的效率，降低的测 量成本。
[0052] 本发明提供的用于单个纳米颗粒粒径快速测量的暗场散射强度法，结合显微成像 法能对单个纳米颗粒测量W及光散射法可实现快速测量的优点。基于金属纳米颗粒的散射 特性，利用标准金属纳米颗粒的样品的测量数据，建立起纳米颗粒的散射光斑强度与纳米 颗粒粒径之间的关系。通过测量单个颗粒在暗场显微条件下的散射光斑强度，即可快速估 计出其粒径大小。设计了相应的软件实现了对纳米颗粒的散射光斑的暗场显微图像的显 示、获取、自动处理、保存和数据的后续的加工。本发明步骤S11W及步骤S12只需操作一 次，在后续实验中无需在使用显微成像法对标准纳米颗粒的样本进行测量。因此，本方法具 有测量单个金属纳米颗粒粒径的能力，且具有测量快速、测量成本低廉、操作容易等显著优 点。
[0053] 请一并参阅图9,本发明第二实施例提供一种单个纳米颗粒粒径的测量系统200， 所述单个纳米颗粒粒径的测量系统200包括一光源1，一暗场聚光器模组20,聚光器3,载物 台4,物镜5,凸透镜6,CCD及其控制器7,数据线8W及显示及处理单元9。所述单个纳米 颗粒粒径的测量系统200的结构与第一实施例所述单个纳米颗粒粒径的测量系统100的结 构基本相同，其不同在于，所述暗场聚光器模组20为一暗场聚光器，所述的暗场聚光器可 W为抛物面聚光镜、屯、形聚光镜、同屯、球面聚光镜等。
[0054] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然运些依据本发明精 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. 一种单个纳米颗粒粒径的测量系统，包括一光源，一暗场聚光器模组，一载物台，一 物镜，一凸透镜，一 C⑶及其控制器，一数据线以及一显示及处理单元依次间隔设置，其特 征在于，所述光源发出的单色光经过暗场聚光器模组整形后成为中空光锥，照射到载物台 上并产生散射光，散射光经过物镜，凸透镜，最终在CCD及其控制器上成像，并通过数据线 传输给显示及处理单元。2. 如权利要求1所述的单个纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述光源出射的 光为单色光。3. 如权利要求1所述的单个纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述暗场聚光器 模组包括一光阑及一聚光镜沿从光源出射的光路依次设置。4. 如权利要求3所述的单个纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述光阑为直径 为21mm的圆形铜片，所述聚光镜的数值孔径为0. 9。5. 如权利要求1所述的单个纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述载物台包括 一基板以承载纳米颗粒样品。6. 如权利要求1所述的单个纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述物镜的放大 率为100倍，数值孔径为〇. 8。7. 如权利要求1所述的单个纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述凸透镜将物 镜收集到的纳米颗粒的散射光成像在CCD及其控制器上，得到纳米颗粒的散射光斑的暗场 显微图像。8. 如权利要求1所述的单个纳米颗粒粒径的测量系统，其特征在于，所述暗场聚光器 模组为一暗场聚光器，所述的暗场聚光器为抛物面聚光镜、心形聚光镜、同心球面聚光镜中 的一种。
【专利摘要】本发明涉及一种单个纳米颗粒粒径的测量系统，包括一光源，一暗场聚光器模组，一载物台，一物镜，一凸透镜，一CCD及其控制器，一数据线以及一显示及处理单元依次间隔设置，其中，所述光源发出的单色光经过暗场聚光器模组整形后成为中空光锥，照射到载物台上并产生散射光，散射光经过物镜，凸透镜，最终在CCD及其控制器上成像，并通过数据线传输给显示及处理单元。
【IPC分类】G01N15/02
【公开号】CN105115865
【申请号】CN201510529595
【发明人】白本锋, 肖晓飞
【申请人】清华大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月26日