納米顆粒90度散射光譜的測量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種納米顆粒90散射光譜的測量方法，包括：提供一測量系統(tǒng)；校準(zhǔn)光譜測量系統(tǒng)；利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對光譜測量系統(tǒng)標(biāo)定；將測量樣品池中標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒更換為待測納米顆粒，將參考樣品池放入待測納米顆粒的分散溶劑，測量待測納米顆粒樣品，得到待測納米顆粒的相對透過率；然后將參考樣品池放空，測量待測納米顆粒樣品，得到待測納米顆粒的透過率為以及90度散射光與參考光光強(qiáng)比值；根據(jù)相對透過率、透過率為以及90度散射光與參考光光強(qiáng)比值獲取待測納米顆粒90度散射光譜S90(λ)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及光學(xué)測量及納米材料領(lǐng)域，特別是納米顆粒光譜測量領(lǐng)域，尤其是測 量納米顆粒90度散射光譜的方法。
技術(shù)介紹
納米顆粒是指至少在一個維度上的尺寸在I nm-100 nm之間的顆粒。由于納米顆 粒具有納米量級的特征尺寸，使其具有很多特殊效應(yīng)，如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、 以及宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而使其光、電、聲、熱和其它物理特性表現(xiàn)出與塊體材料截然 不同的特殊性質(zhì)。 -方面，當(dāng)前光與納米顆粒相互作用的很多深刻機(jī)理仍處于探索階段，而這種微 觀的相互作用在宏觀上則可以通過顆粒散射光譜體現(xiàn)出來。另一方面，納米顆粒的散射光 譜特征也與顆粒幾何形狀、尺寸大小、結(jié)構(gòu)及材料密不可分，通過散射光譜表征納米顆粒也 成為當(dāng)前科研界和工業(yè)界亟需的手段。因此，準(zhǔn)確測量納米顆粒散射光譜具有重要的意義 和實用價值。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分光光度計已經(jīng)成為當(dāng)前科研和工業(yè)界測量物質(zhì)光譜的重 要科學(xué)儀器。但是現(xiàn)有的分光光度計僅能對物質(zhì)的透射光譜、反射光譜進(jìn)行直接測量，而無 法針對納米顆粒散射光譜進(jìn)行測量，其中重要的原因在于很難從散射測量結(jié)果中準(zhǔn)確剝離 顆粒消光帶來的影響。現(xiàn)有技術(shù)提出了一種納米顆粒關(guān)鍵幾何特征量的測量方法，然而在 進(jìn)行散射光譜測量時針對納米顆粒對樣品的消光效應(yīng)只采用了近似補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ矗荷⑸?測量時，參考樣品池放入相同的納米顆粒樣品)，并沒有對消光影響進(jìn)行嚴(yán)格定量計算。實 際理論計算以及實驗測試表明，原有的近似方法只適用于低濃度樣品，對于較高濃度的樣 品而言散射光譜測量產(chǎn)生顯著偏差。又由于本問題屬于病態(tài)逆問題，直接測量量的細(xì)微偏 差都會導(dǎo)致待反演量結(jié)果的巨大偏差，因此使用原方案將無法得到準(zhǔn)確的結(jié)果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
綜上所述，確有必要提供一種納米顆粒90度散射光譜的方法的精確測量方法。 一種納米顆粒90散射光譜的測量方法，包括以下步驟： 提供一測量系統(tǒng)，包括：光源模組，用以產(chǎn)生單色光；斬光器，用以將光源模組產(chǎn)生的 單色光分成一參考光及一測量光兩路光束；一參考樣品池及一衰減片依次設(shè)置于所述參考 光的光路上；一反射模組設(shè)置于所述測量光的出射光路依次設(shè)置，使入射到待測樣品的測 量光與從待測樣品出射的測量光形成一夾角；一測量樣品池，設(shè)置于反射模組反射的測量 光的光路上，并承載待測樣品；以及光電探測及處理單元，用于探測從測量樣品池出射的測 量光以及從衰減片出射的參考光； 校準(zhǔn)光譜測量系統(tǒng)，測量光路和參考光路中的參考樣品池及測量樣品池為空，光電探 測及處理單元探測正入射直線透射的測量光與參考光光強(qiáng)比值TJλ)作為基準(zhǔn)； 將標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒放入測量樣品池中，參考樣品池放空，利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對光譜測量系統(tǒng) 標(biāo)定，以標(biāo)定反射模組的反射率以及衰減片和透鏡的透過率對測量結(jié)果造成的貢獻(xiàn)； 將測量樣品池中標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒更換為待測納米顆粒，將參考樣品池放入待測 納米顆粒的分散溶劑，測量待測納米顆粒樣品，得到待測納米顆粒的相對透過率 I1S(J);然后將參考樣品池放空，測量待測納米顆粒樣品，得到待測納米顆粒的透過率為 τΝΡ(λ)以及90度散射光與參考光光強(qiáng)比值; 根據(jù)相對透過率、透過率為τΝρ(λ)以及9〇度散射光與參考光光強(qiáng)比值 PO獲取待測納米顆粒90度散射光譜S9。（ λ ):其中，為測量樣品池中為標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒樣品，參考樣品池為空時，光電探測及處 理單元探測測量光路90度散射光與參考光路正入射直線透射光光強(qiáng)比值；，4s(Λ90°) 為球形PS小球的90度、波長為λ的歸一化散射矩陣第一行第一列的元素；(/I)為 標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒樣品相對于分散溶劑的相對透過率；1為測量樣品池內(nèi)側(cè)邊長；標(biāo)準(zhǔn) 納米顆粒的消光因子;^為待測納米顆粒的消光因子。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本專利技術(shù)提供的納米顆粒90度散射光譜測量系統(tǒng)及測量方法， 可從直接測得的散射光信號中嚴(yán)格剝離出消光因素。因此該方法可以用于測量具有強(qiáng)吸收 和消光的高濃度待測納米顆粒的90度散射光譜，此外本專利技術(shù)中，光源波動、雜散光等對所 述光譜測量系統(tǒng)及測量方法產(chǎn)生的影響都能夠被有效抑制，測量結(jié)果穩(wěn)定可靠。【附圖說明】 圖1為本專利技術(shù)第一實施例90度散射測量系統(tǒng)示意圖。 圖2為本專利技術(shù)第一實施例散射樣品池內(nèi)光束消光和散射過程示意圖。 主要元件符號說明 如下具體實施例將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本專利技術(shù)。【具體實施方式】 以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本專利技術(shù)提供的。為 方便描述，本專利技術(shù)首先介紹測量納米顆粒90度散射光譜的光譜測量系統(tǒng)。 參閱圖1-2,本專利技術(shù)第一實施例提供了一種納米顆粒90度散射光譜的光譜測量系 統(tǒng)100。所述光譜測量系統(tǒng)100包括一光源模組20、斬光器3、參考樣品模組30、測量樣品 模組40、反射模組50、衰減片11、透鏡12、吸收層13和光電探測及處理單元14。所述光源 模組20發(fā)出的光經(jīng)過斬光器3分光后，形成透射光及反射光兩束光束。其中透射光光束透 過參考樣品模組30后，再透過衰減片11，進(jìn)入光電探測及處理單元14 ;反射光經(jīng)反射模組 50反射后，經(jīng)第一透鏡12調(diào)整光束發(fā)散角，隨后入射測量樣品模組40,經(jīng)樣品顆粒散射延 與入射測量樣品模組40方向垂直的方向出射，經(jīng)第二透鏡聚光，進(jìn)入光電探測及處理單元 14〇 所述光源模組20用以產(chǎn)生波長為λ的單色光，本實施例中，所述光源模組20包 括一白光光源1以及一單色儀2。由光源1發(fā)出的光經(jīng)單色儀2產(chǎn)生單色光。 所述斬光器3用以將光源模組20輸出的單色光分成透射光及反射光兩路光束，反 射光作為測量光，透射光作為參考光。本實施例中兩光束傳播方向垂直。 所述參考樣品模組30設(shè)置于所述參考光的傳播光路上，所述參考樣品模組30包 括一參考樣品支架4以及一參考樣品池5,其中參考樣品支架4用以承載、夾持和定位參考 樣品池5。本實施例中參考樣品池5為一正方形截面的石英比色皿。 所述測量樣品模組40設(shè)置于所述測量光的傳播光路上，所述測量樣品模組40包 括一測量樣品支架6以及一測量樣品池7,其中測量樣品支架6用以承載、夾持和定位測量 樣品池7。本實施例中測量樣品池7同樣為一正方形截面的石英比色皿。 所述反射模組50設(shè)置于所述測量光的傳播光路上，用以改變所述測量光入射到 測量樣品模組40的入射方向，從而實現(xiàn)入射方向和探測方向垂直，進(jìn)而達(dá)到90度散射探測 的目的。本實施例中，所述反射模組50包括第一反射鏡8、第二反射鏡9以及第三反射鏡 10。所述三個反射鏡均采用平面反射鏡。 所述衰減片11用以削弱從參考樣品模組30射的參考光，原因在于測量光路得到 的90度散射光信號相比不經(jīng)衰減片的參考樣品模組30出射光強(qiáng)不在同一個數(shù)量級。經(jīng)衰 減片11衰減后，可以使光電探測及處理單元14探測得到的兩光路信號在同一數(shù)量級水平， 從而保證光電探測與處理單元具有相同的響當(dāng)前第1頁1 2 3 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種納米顆粒90散射光譜的測量方法，包括以下步驟：步驟S10，提供一測量系統(tǒng)，包括：光源模組，用以產(chǎn)生單色光；斬光器，用以將光源模組產(chǎn)生的單色光分成一參考光及一測量光兩路光束；一參考樣品池及一衰減片依次設(shè)置于所述參考光的光路上；一反射模組設(shè)置于所述測量光的出射光路依次設(shè)置，使入射到待測樣品的測量光與從待測樣品出射的測量光形成一夾角；一測量樣品池，設(shè)置于反射模組反射的測量光的光路上，并承載待測樣品；以及光電探測及處理單元，用于探測從測量樣品池出射的測量光以及從衰減片出射的參考光；步驟S11：校準(zhǔn)光譜測量系統(tǒng)，測量光路和參考光路中的參考樣品池及測量樣品池為空，光電探測及處理單元探測正入射直線透射的測量光與參考光光強(qiáng)比值T0(λ)作為基準(zhǔn)；步驟S12，將標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒放入測量樣品池中，參考樣品池放空，利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對光譜測量系統(tǒng)標(biāo)定，以標(biāo)定反射模組的反射率以及衰減片和透鏡的透過率對測量結(jié)果造成的貢獻(xiàn)；步驟S13：將測量樣品池中標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒更換為待測納米顆粒，將參考樣品池放入待測納米顆粒的分散溶劑，測量待測納米顆粒樣品，得到待測納米顆粒的相對透過率；然后將參考樣品池放空，測量待測納米顆粒樣品，得到待測納米顆粒的透過率為TNP(λ)以及90度散射光與參考光光強(qiáng)比值；步驟S15：根據(jù)相對透過率、透過率為TNP(λ)以及90度散射光與參考光光強(qiáng)比值獲取待測納米顆粒90度散射光譜S90(λ)：；其中，為測量樣品池中為標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒樣品，參考樣品池為空時，光電探測及處理單元探測測量光路90度散射光與參考光路正入射直線透射光光強(qiáng)比值；，為球形PS小球的90度、波長為λ的歸一化散射矩陣第一行第一列的元素；為標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒樣品相對于分散溶劑的相對透過率；l為測量樣品池內(nèi)側(cè)邊長；標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒的消光因子；為待測納米顆粒的消光因子。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：白本鋒，楊國策，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11