納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1-100 nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。由于它的尺寸很小，會(huì)產(chǎn)生很多特殊的效應(yīng)，比如小尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)以及大的比表面積效應(yīng)等，因此使得納米材料表現(xiàn)出不同的物理化學(xué)特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，因而現(xiàn)在納米材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、冶金、電子、機(jī)械、輕工、建筑及環(huán)保等行業(yè)。但由于其顆粒非常小，因此顆粒大小的檢測(cè)也就成為了挑戰(zhàn)，國(guó)際上對(duì)于超細(xì)顆粒的粒度測(cè)試一般有三種方法，即電子顯微鏡、動(dòng)態(tài)光散射以及激光衍射。

1. 電子顯微鏡

電子顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用是建立在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)之上的，它是利用電子束照射在顆粒上，然后通過電子透鏡放大得到的圖片。電鏡的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果直觀，能夠直接“觀察”到所測(cè)顆粒，而且分辨率極高，但由于其放大倍數(shù)較高，因此采集的顆粒有限，取樣代表性風(fēng)險(xiǎn)較高，同時(shí)高能的電子束可能破壞某些樣品比如蛋白、顏料的結(jié)構(gòu)。

2. 動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)

在溶液中懸浮的顆粒由于無規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生布朗運(yùn)動(dòng)。一般顆粒越小，運(yùn)動(dòng)速度越快，動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)利用懸浮顆粒在溶劑體系中做布朗運(yùn)動(dòng)的原理，通過檢測(cè)顆粒的擴(kuò)散速度，從而利用斯托克斯-愛因斯坦方程計(jì)算出顆粒的大小和粒度分布。

該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試下限較低，對(duì)于極小的窄分布顆粒測(cè)試效果較好，同時(shí)所需樣品較少，可以在懸液狀態(tài)下直接測(cè)試樣品并給出分布，測(cè)試速度較快。但由于該技術(shù)基于顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，一旦有大的顆粒在體系中，這些大的顆?？赡芫蜁?huì)發(fā)生沉降從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果錯(cuò)誤，同時(shí)該技術(shù)是基于統(tǒng)計(jì)的光強(qiáng)變化來做數(shù)據(jù)處理，對(duì)于寬分布的樣品測(cè)試結(jié)果有風(fēng)險(xiǎn)。

動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)

3．激光衍射技術(shù)

激光衍射技術(shù)主要利用的是光照射到顆粒后產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，不同大小的顆粒將會(huì)在空間形成不同的衍射條紋，一般來說，顆粒越小散射角越大，因此通過放置一系列檢測(cè)器，檢測(cè)不同角度的光散射強(qiáng)度，從而通過米氏理論反演計(jì)算出顆粒的粒度分布，如下圖：

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試范圍寬，速度較快，取樣代表性好，尤其是對(duì)于寬分布樣品有比較好的測(cè)試效果。而恰恰很多納米顆粒由于粒徑很小，很容易產(chǎn)生二次團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，這樣就會(huì)形成小顆粒和團(tuán)聚體大顆粒共存的情況，這恰恰是激光衍射技術(shù)擅長(zhǎng)的地方。但其缺點(diǎn)是小顆粒散射光強(qiáng)非常弱，信噪比較低，同時(shí)顆粒越小，對(duì)其折射率等光學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確性要求越高，這就會(huì)給小顆粒測(cè)試帶來風(fēng)險(xiǎn)。

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1-100 nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。由于它的尺寸很小，會(huì)產(chǎn)生很多特殊的效應(yīng)，比如小尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)以及大的比表面積效應(yīng)等，因此使得納米材料表現(xiàn)出不同的物理化學(xué)特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，因而現(xiàn)在納米材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、冶金、電子、機(jī)械、輕工、建筑及環(huán)保等行業(yè)。但由于其顆粒非常小，因此顆粒大小的檢測(cè)也就成為了挑戰(zhàn)，國(guó)際上對(duì)于超細(xì)顆粒的粒度測(cè)試一般有三種方法，即電子顯微鏡、動(dòng)態(tài)光散射以及激光衍射。

1. 電子顯微鏡

電子顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用是建立在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)之上的，它是利用電子束照射在顆粒上，然后通過電子透鏡放大得到的圖片。電鏡的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果直觀，能夠直接“觀察”到所測(cè)顆粒，而且分辨率極高，但由于其放大倍數(shù)較高，因此采集的顆粒有限，取樣代表性風(fēng)險(xiǎn)較高，同時(shí)高能的電子束可能破壞某些樣品比如蛋白、顏料的結(jié)構(gòu)。

2. 動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)

在溶液中懸浮的顆粒由于無規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生布朗運(yùn)動(dòng)。一般顆粒越小，運(yùn)動(dòng)速度越快，動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)利用懸浮顆粒在溶劑體系中做布朗運(yùn)動(dòng)的原理，通過檢測(cè)顆粒的擴(kuò)散速度，從而利用斯托克斯-愛因斯坦方程計(jì)算出顆粒的大小和粒度分布。

該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試下限較低，對(duì)于極小的窄分布顆粒測(cè)試效果較好，同時(shí)所需樣品較少，可以在懸液狀態(tài)下直接測(cè)試樣品并給出分布，測(cè)試速度較快。但由于該技術(shù)基于顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，一旦有大的顆粒在體系中，這些大的顆粒可能就會(huì)發(fā)生沉降從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果錯(cuò)誤，同時(shí)該技術(shù)是基于統(tǒng)計(jì)的光強(qiáng)變化來做數(shù)據(jù)處理，對(duì)于寬分布的樣品測(cè)試結(jié)果有風(fēng)險(xiǎn)。

動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)

3．激光衍射技術(shù)

激光衍射技術(shù)主要利用的是光照射到顆粒后產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，不同大小的顆粒將會(huì)在空間形成不同的衍射條紋，一般來說，顆粒越小散射角越大，因此通過放置一系列檢測(cè)器，檢測(cè)不同角度的光散射強(qiáng)度，從而通過米氏理論反演計(jì)算出顆粒的粒度分布，如下圖：

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試范圍寬，速度較快，取樣代表性好，尤其是對(duì)于寬分布樣品有比較好的測(cè)試效果。而恰恰很多納米顆粒由于粒徑很小，很容易產(chǎn)生二次團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，這樣就會(huì)形成小顆粒和團(tuán)聚體大顆粒共存的情況，這恰恰是激光衍射技術(shù)擅長(zhǎng)的地方。但其缺點(diǎn)是小顆粒散射光強(qiáng)非常弱，信噪比較低，同時(shí)顆粒越小，對(duì)其折射率等光學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確性要求越高，這就會(huì)給小顆粒測(cè)試帶來風(fēng)險(xiǎn)。

      當(dāng)前，恰逢“大環(huán)?！?、“大健康”新局勢(shì)的開啟，這些帶給健康環(huán)保相關(guān)行業(yè)的劇烈變革是不言而喻的。

      在這場(chǎng)變革下未來相關(guān)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)將迎來哪些變化?變化之中又反映出哪些新需求?面對(duì)這些需求科學(xué)儀器行業(yè)能為用戶做些什么？……以上種種都是需要我們和用戶朋友們一起坐下來，好好聊一聊的。

剛剛過去的5月8日，是充滿收獲的一天。這一天，2019海能技術(shù)交流會(huì)石家莊站在大家的熱情討論中落下帷幕，干貨滿滿，收獲的不只是經(jīng)驗(yàn)。

      此次會(huì)議，我們邀請(qǐng)到了河北省分析儀器技術(shù)學(xué)會(huì)田寶勇主任，田主任從行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)、未來新挑戰(zhàn)等方面對(duì)當(dāng)前分析檢測(cè)行業(yè)做出了深入的分析，引發(fā)了大家的熱情討論。

      海能應(yīng)用工程師團(tuán)隊(duì)則為到場(chǎng)的用戶朋友們分享了相關(guān)儀器性能參數(shù)及解決方案。除常規(guī)檢測(cè)方案外，此次會(huì)議，我們把ZD放在了當(dāng)前用戶朋友們更為關(guān)注的環(huán)保及食品藥品安全領(lǐng)域，與大家展開探討，收獲頗豐。

      真機(jī)體驗(yàn)環(huán)節(jié)，大家在現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)區(qū)體驗(yàn)了K1160全自動(dòng)凱氏定氮儀、D100杜馬斯定氮儀、SOA100 二氧化硫殘留量測(cè)定儀、Tank plus高通量微波消解儀、T960全自動(dòng)電位滴定儀、P850 Pro全自動(dòng)旋光儀等多款儀器，并針對(duì)儀器性能及應(yīng)用與各產(chǎn)品負(fù)責(zé)人及到場(chǎng)的應(yīng)用工程師進(jìn)行了詳細(xì)的交流。

      “追求用戶的ji致體驗(yàn)”從來都不是一句標(biāo)語，我們時(shí)時(shí)刻刻在做的就是將這個(gè)宗旨貫徹到為用戶服務(wù)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。未來，海能會(huì)順應(yīng)時(shí)代與局勢(shì)發(fā)展，及時(shí)響應(yīng)用戶新需求，與用戶共同迎接新挑戰(zhàn)?？蒲械缆飞?，海能愿做您值得信任的伙伴。

有機(jī)顏料分為天然與合成的兩大類，現(xiàn)在常用的是合成有機(jī)顏料。合成有機(jī)顏料具有品種多，色彩齊全，顏色鮮艷，著色力強(qiáng)等特點(diǎn)，分為單偶氮、雙偶氮、色淀、酞菁顏料等幾大類，廣泛地應(yīng)用于油墨、油漆、涂料、合成纖維的原漿著色，以及紡織物的印花、塑料、橡膠、皮革的著色等。

合成的顏料原料不能達(dá)到顏料的性能要求，必須實(shí)施顏料化處理，就是改變合成顏料顆粒的粒徑大小、形狀與粒度分布，以達(dá)到與著色介質(zhì)具有良好的匹配性或相容性，從而達(dá)到顏料性能要求，因此測(cè)試有機(jī)顏料的顆粒大小及其粒度分布是一項(xiàng)必須且非常重要的工作。

有機(jī)顏料的顆粒具有特殊性，在掃描電鏡高能電子束照射下，顆粒都可能被“融化”甚至被破壞，并且所述顏料顆粒都為亞微米甚至納米級(jí)，因此非接觸式的測(cè)試方法——?jiǎng)討B(tài)光散射和激光衍射法成為有機(jī)顏料粒度測(cè)試的主要手段。下面以酞青顏料為例來說明有機(jī)顏料的粒度測(cè)試過程?，F(xiàn)有A和B兩種酞青顏料產(chǎn)品，從性能來看B為不合格品，表現(xiàn)為B中有較大的顆粒，為了進(jìn)一步驗(yàn)證，我們采用動(dòng)態(tài)光散射測(cè)試結(jié)果如下：

可以看到，A、B兩個(gè)樣品的粒度都是亞微米級(jí)的，中值粒徑在200納米左右，粒徑結(jié)果非常接近，并沒有展現(xiàn)出明顯差異。為了進(jìn)一步考察，我們采用高性能激光粒度儀進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如下：

4

從上面的結(jié)果可以看到，激光衍射測(cè)試下A和B在小顆粒端非常接近，但在大顆粒端則展現(xiàn)出不同的狀態(tài)，B中在微米級(jí)別有少量大顆粒。為了進(jìn)一步考察，我們對(duì)兩個(gè)懸液進(jìn)行光學(xué)顯微鏡成像：

由于光學(xué)顯微鏡對(duì)于1微米以下的顆粒無法成像，所以在樣品A的光學(xué)顯微圖像中看不到顆粒，說明其中沒有粗顆粒。樣品B的顯微圖像中就能看到一些顆粒，說明樣品B確實(shí)有一定量的大顆粒，跟激光粒度儀的結(jié)果是一致的。

從上述兩個(gè)樣品的三種粒度分析方法能看出一些差別，這正是對(duì)超細(xì)顆粒粒度測(cè)試的挑戰(zhàn)所在。動(dòng)態(tài)光散射取樣量少，光斑直徑小，因此其取樣代表性風(fēng)險(xiǎn)較高，導(dǎo)致少量大顆粒取不到。激光粒度儀取樣量多，又有循環(huán)分散系統(tǒng)，大顆粒不容易沉降，因此能檢測(cè)出來。顯微圖像是一種直接的粒度測(cè)量方法，可以用來作為其他方法的驗(yàn)證。

綜上所述，對(duì)超細(xì)顆粒粒度測(cè)試時(shí)，可通過不同方法的對(duì)照驗(yàn)證來得出符合實(shí)際的粒度結(jié)果。

無機(jī)顏料一般為有色金屬的氧化物，或一些不溶性的金屬鹽。相對(duì)于有機(jī)顏料，它具有性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、耐溶劑、耐候、遮蓋力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。無機(jī)顏料顆粒表面活性高，極易團(tuán)聚，對(duì)粒度測(cè)試帶來了挑戰(zhàn)。

無機(jī)顏料團(tuán)聚的原因歸納起來有以下幾個(gè)方面：（1）分子間的化學(xué)鍵（氫鍵）作用；（2）納米顆粒的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合，這是納米顆粒易團(tuán)聚的主要原因；（3）超細(xì)顆粒的大比表面，使之易吸附空氣水分導(dǎo)致粘連與團(tuán)聚；（4）有些超細(xì)顆粒由于水解作用，表面呈較強(qiáng)的堿性，通過羧基和配位水分子縮合形成硬團(tuán)聚，等等。由于上述原因，激光粒度儀檢測(cè)超細(xì)無機(jī)顏料粒度往往會(huì)遇到很大挑戰(zhàn)。

比如上述圖片就是二氧化鈦粉體的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖片?？梢钥吹剿木w比較均勻，顆粒直徑在20-30nm或更小。但當(dāng)我們把鏡頭拉遠(yuǎn)，則看到完全不同的下面的場(chǎng)景：

可以看出，該二氧化鈦顆粒是由大量“原始”顆粒聚集而成，而前面圖片一只是在方框內(nèi)的局部放大照片而已。

隨著測(cè)試鏡頭進(jìn)一步拉遠(yuǎn)，我們可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上二氧化鈦存在大量“團(tuán)聚體”結(jié)構(gòu)，而且這些團(tuán)聚體可能才是我們二氧化鈦真實(shí)存在的狀態(tài)，而激光粒度儀檢測(cè)的正是這些團(tuán)聚的顆粒，結(jié)果如下。

這也就是有些超細(xì)無機(jī)顏料用激光粒度儀所測(cè)的粒度結(jié)果，與電鏡所看到的顆粒大小相差巨大的原因。電鏡看微觀粒子的形態(tài)和原始單晶很有效，激光粒度儀則是測(cè)到“團(tuán)聚”顆粒的粒度分布。

由于超細(xì)無機(jī)顏料顆粒的團(tuán)聚體具有一定的剛性，超聲波分散、攪拌剪切和分散劑等常規(guī)的分散手段無法徹底分散，因此粒度儀所測(cè)的粒度結(jié)果可作為常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行工藝控制，要了解原始顆粒的大小和形狀，還要通過場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡來判斷。