第34卷第3期暨南大学学报(自然科学版)Vol．34No．3
2013年6月JournalofJinanUniversity(NaturalScience)Jun．2013
［收稿日期］2013－02－18
［基金项目］有机地球化学国家重点实验室开放基金项目(OGL－201109)
［作者简介］黄亮(1980－)，男，计量工程师，硕士，研究方向:理化计量．Tel:13450262905，E-mail:bright_hl@aliyun．com
激光粒度分析仪标准纳米粒子的粒度分布测定
黄亮，王锐，王巧云
(广州计量检测技术研究院，广东广州510030)
［摘要］主要介绍了一种有效的对激光粒度分析仪纳米调试粒子粒度分布的定值方法，寻找出一种方便稳定的
可以用作校准激光粒度分析仪的纳米级的调试粒子，利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪等多
种分析手段共同对其粒径进行准确的定值及粒度测定，为制备能校准激光粒度分析仪纳米尺度的标准粒子提供方
法依据．
［关键词］纳米粒子;粒度分布，透射电镜，扫描电镜，定值
［中图分类号］O764;TQ577．7+7［文献标志码］A［文章编号］1000－9965(2013)03－0311－04
Evaluationofthesizedistributionofstandardnanoparticlesfor
staticlightscatteringparticlesizeanalyzer
HUANGLiang，WANGRui，WANGQiaoyun
(GuangzhouInstituteofMeasuringandTestingTechnology，Guangzhou510030，China)
［Abstract］Aneffectivemethodforevaluationofnanoparticlesizedistributionwasestablishedinthe
presentstudy，anddebuggingparticleswerealsofoundandusedtocalibratetheStaticLightScatteringPar-
ticleSizeAnalyzerinnanometerscale．ByusingTransmissionElectronicMicroscopy(TEM)，ScanningE-
lectronicMicroscopy(SEM)andStaticLightScatteringParticleSizeAnalyzer，theshapeoftheparticles
weremeasuredandthediameterofparticleswasfoundaccurate．Takentogether，thisstudyprovidesa
methodtopreparestandardparticlesforcalibrationoftheStaticLightScatteringParticleSizeAnalyzers．
［Keywords］nanoparticles;sizedistribution;TransmissionElectronicMicroscopy(TEM);
ScanningElectronicMicroscopy(SEM);evaluation
激光粒度分析仪用于测定粒子的大小和粒度分
布，依据分散系统可分为湿法测试仪器、干法测试仪
器、干湿一体测试仪器等，实验室常见主要以湿法测
试仪器为主．仪器用激光做光源，当光为波长一定的
单色光时，衍射和散射的光能的空间(角度)分布就
只与粒径有关．对颗粒群的衍射，各颗粒级的多少决
定着对应各特定角处获得的光能量的大小，各特定
角光能量在总光能量中的比例，应反映着各颗粒级
的分布丰度．按照这一思路可建立表征粒度级丰度
与各特定角处获取的光能量的数学物理模型，进而
研制仪器，测量光能，由特定角度测得的光能与总光
能的比较推出颗粒群相应粒度级的丰度比例
量
［1－3］
．反之，利用单分散粒子也可调试激光粒度分
析仪，通过已定值粒子的粒径大小及其粒度分布，可
以对激光粒度分析仪进行性能的测评及校准
［4］
．
常见的标准粒子以微米尺度的为主，纳米尺度
内的粒子由于不便于分散和保存，只有极少数几家
企业在生产，而且价格昂贵，然而纳米尺度内的标准
粒子又是校准激光粒度分析仪的主要标准器，因此
研究探讨其质量及制造方法非常有必要，而且国家
计量院已有相关的校准方法及结果分析
［5］
，对研制
标准粒子有一定的指导作用．国内多家实验室也有
制备纳米粒子材料的相关实验报道
［6－8］
，如制备纳
米碳材料及高分子凝胶合金、纳米硫水溶胶等实验，
并利用仪器进行了表征．本实验室参考了纳米粒子
的制备方法，并结合多次的实验经验，使用Al
2
O
3
粒
子研制出一种有效的对激光粒度分析仪纳米尺度内
的调试粒子粒度分布的定值方法，使用固体粉末直
接交联作用制备出液相乳液溶胶，通过透射电镜
(TEM)、扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪等多种
分析手段共同对其粒径进行准确的定值及粒度测
定，再在多台不同型号的激光粒度分析仪上验证结
果．实验证明，多种定值方法得到的结果均保持一
致，因此可以作为标准粒子粒径及粒度范围的定值
手段，为制备激光粒度分析仪校准用纳米标准粒子
提供方法依据．
1实验部分
1．1试剂与仪器
测试粒子由粉体生产厂家提供，为Al
2
O
3
固体
粉末;十二烷基苯磺酸钠(BW3160，中国计量科学
研究院);六偏磷酸钠(A．R．级，天津市福晨化学试
剂厂);苯乙烯(上海盛众精细化工有限公司);二乙
烯基苯(DVB)(上海盛众精细化工有限公司);实验
用蒸馏水均为一级超纯水，所用试剂用前均经过微
孔滤膜(孔径0.45μm)抽滤．
JSM-7600F型扫描电子显微镜和能谱仪(日本
JEOL公司);FP5036型透射电子显微镜(荷兰TEC-
NAI公司);KQ3200型超声波清洗器(40kHz，100
W，昆山市超声仪器公司);Mastersizer2000型激光
粒度分析仪(MALVERN公司);LA-950V2型激光
粒度分析仪(HORIBA公司)Nicomp380Z3000型激
光粒度分析仪(苏州微流纳米生物技术有限公司)．
1．2实验过程
(1)水相测试粒子的配制参照文献［9］的方
法，在Al
2
O
3
固体粉末中加入超纯水作分散剂，启动
超声波清洗器分散，超声强度为最大，超声10min，
然后马上制样，上机试验．
(2)液相乳液粒子的制备与稳定在1000μg/
mL的十二烷基苯磺酸钠标准溶液中加入数滴500
μg/mL的六偏磷酸钠溶液，混和后备用．参照文献
［10］的方法，以上述溶液为分散介质及稳定剂，向
其加入Al
2
O
3
固体粉末，再加入数滴二乙烯基苯
(DVB)作交联剂，采用乳液聚合的方法制备得到单
分散交联乳液，并进行微孔滤膜抽滤处理后得到标
准粒子候选物．
(3)Al
2
O
3
干粉的形貌与成分测定采用JSM-
7600F型扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪观察
Al
2
O
3
干粉的形貌与成分构成．
(4)水相粒子及液相乳液粒子的形貌与粒径测
定分别对这两种体系的粒子进行制样，采用JSM-
7600F型扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪、FP5036
型透射电子显微镜(TEM)和PSS-NICOMP公司的
380ZLS型激光粒度分析仪测定他们的形貌特征及
粒度分布．
2结果与讨论
2．1Al
2
O
3
干粉粒子和液相乳液粒子的SEM图比
较和成分构成
用扫描电镜(SEM)和能谱仪分别对Al
2
O
3
干粉
粒子和液相乳液粒子进行形貌比较．Al
2
O
3
在干粉
状态下能够保持完好的球状结构，粒径约在200～
300nm［图1(A)、(B)］．稳定后的Al
2
O
3
液相乳液
粒子同样有完好的球状结构，粒径约在200～250nm
［图1(C)、(D)］，与干粉状态时比较，形貌没有太
大变化，粒径范围更窄．可见，通过稳定和交联后的
Al
2
O
3
粒子没有发生结构上的变化，而且粒度范围
更趋于一致，单分散效果更理想．再经过能谱的测定
(表1)，交联后粒子的成分构成没有发生变化，说明
(A)、(B)固体Al
2
O
3
粒子;(C)、(D)Al
2
O
3
液相乳液粒子
图1Al
2
O
3
粒子扫描电镜图
Fig．1SEMmicrographofAl
2
O
3
213暨南大学学报(自然科学版)第34卷
苏州微流纳米生物技术有限公司
进口均质机、脂质体挤出器、激光粒度仪
www.willnano.cnTEL:18550201458
表1Al
2
O
3
粒子成分构成
Table1ThecomponentofAl
2
O
3
particles
solidAl
2
O
3
liquidAl
2
O
3
decoratedbyemulsion
ElementWeight/%Atomic/%ElementWeight/%Atomic/%
CK
AlK
CuK
NbL
46．09
52．42
0．65
0．84
66．17
33．50
0．18
0．16
CK36．5157．26
AlK60．2842．07
FeK0．930．31
CuK0．700．21
AuM1．580．15
稳定和交联过程不会引入杂质，影响制备粒子的
质量．
2．2Al
2
O
3
水相粒子和液相乳液粒子的TEM图
比较
用透射电镜(TEM)对无修饰的Al
2
O
3
水相粒子
和经过DVB交联修饰的液相乳液粒子进行形貌的
进一步表征．没有经过修饰的Al
2
O
3
在水中经过超
声处理后，绝大部分粒子沉淀到底部，少数悬浮于液
体中的也因超声导致粒子破裂变形，不能保持球状
的形态，粒度范围极不稳定，没有固定的粒径［图2
(A)、(B)］;而在DVB交联体系中，液相乳液粒子
仍然保持良好的球状形态，而且大小均匀，粒径约在
250nm，粒径分布单一［图2(C)、(D)］．可见，DVB
交联修饰对Al
2
O
3
纳米粒子在液相中稳定存在起着
关键的调控作用．
(A)、(B)Al
2
O
3
水相粒子;(C)、(D)Al
2
O
3
液相乳液粒子
图2Al
2
O
3
粒子透射电镜图
Fig．2TEMmicrographofAl
2
O
3
2．3激光粒度分析仪测定乳液中Al
2
O
3
粒子的
粒径
按照粒度分析———激光衍射法
［11］
，采用PSS-
NICOMP公司的380ZLS型激光粒度分析仪测量
Al
2
O
3
液相乳液粒子的平均粒径(d)和粒径分布范
围(D)，粒度分布定值结果见图3．
图3Al
2
O
3
液相乳液粒子高斯分布图
Fig．3GaussiandistributionofliquidAl
2
O
3
decoratedbyemul-
sion
Al
2
O
3
液相乳液粒子通过透射电镜(TEM)、扫
描电镜(SEM)、激光粒度分析仪等多种分析手段共
同测定形貌特征及粒径定值，得到的形貌为圆形粒
子，平均粒径(d)为267.6nm，粒径分布(D)在
162.2～501.6nm，再在另外两台不同型号的激光粒
度分析仪上测定并比较结果．3台激光粒度分析仪
测定结果的比较见表2．从表2的结果可以看出，
Al
2
O
3
液相乳液粒子在MALVERN公司的Mastersi-
zer2000型激光粒度分析仪上测定的平均粒径(d)
为283.9nm，粒径分布(D)在150～498nm;在
HORIBA公司的LA-950V2型激光粒度分析仪上测
定的平均粒径(d)为258.2nm，粒径分布(D)在150
～455nm．测定结果与PSS-NICOMP公司的380ZLS
的测定结果相吻合，验证了定值结果的可靠性．
313第3期黄亮，等:激光粒度分析仪标准纳米粒子的粒度分布测定
表2Al
2
O
3
液相乳液粒子在380ZLS、Mastersizer2000和
LA-950V2激光粒度分析仪上的测定结果
Table2TheresultsofliquidAl
2
O
3
decoratedbyemulsion
at380ZLS、Mastersizer2000andLA-950V2
modeld/nm
1)
D/nm
1)
380ZLS267．6162～502
Mastersizer2000283．9150～498
LA-950V2258．2150～455
1)d平均粒径;D粒度分布．
由定值结果和验证结果相比较可以看出，两者
结果相吻合，因此，本文报道的以交联作用修饰
Al
2
O
3
干粉制备得到的液相乳液粒子在准确定值后
可以作为标准粒子校准激光粒度分析仪，为制备激
光粒度分析仪校准用纳米标准粒子提供了可行的方
法依据．
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［责任编辑:黄建军］
413暨南大学学报(自然科学版)第34卷
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