Day2之颗粒测试技术多领域应用探讨——第十一届全国颗粒测试学术会议

  在广州如期召开。大会由中国颗粒学会颗粒测试专业委员会主办，华南师范大学物理与电信工程学院、珠海真理光学仪器有限公司承办，会议吸引来自全国各地高校院所、检验测试的机构、仪器设施厂商等颗粒测试‘圈’内120余名专家学者参会。

  会议第二天（17日），精彩报告继续上演，共13个学术报告依次进行，依次就颗粒测试技术多领域应用进行探讨，以下为摘录部分精彩内容：

  干涉粒子成像（IPI）技术被大范围的应用于粒子测量领域，来自于透明球形粒子反射和折射的散射光，在聚焦像面上产生两点像，在离焦像面上产生干涉条纹图，经过测量两点像距离或者干涉条纹频率能获得粒子的尺寸信息，但对透明椭球形粒子的测量还有待深入研究。张红霞等采用热拉伸法，以标准球形粒子为原料制作椭球粒子，搭建IPI实验系统，采用双CCD同时获取粒子在相互垂直的两种偏振态下的干涉图像，实现球形粒子与椭球形粒子的形态判别及转向判别。

  石墨烯粉体是我国已具备规模化生产能力的主要石墨烯材料类型，建立准确可靠的物理结构和化学成分分析方法对实现其在多个工业领域的应用至关重要。刘忍肖等发展了一种可对石墨烯粉体材料中所含杂质元素进行快速、无损分析的检测方法。技术内容是基于X射线荧光光谱（XRF）技术对未处理或压片成型的石墨烯材料进行无损、快速检测，信誉ICP-OES、ICP-MS、SEM/EDS等通用测试方法的测试结果进行比对验证，有望成为对石墨烯粉体杂质元素快速、简单、经济、无损、通用的定性半定量分析测试方法。

  为提高颗粒测量性能及拓展应用领域，邱健就三个方面的技术问题与大家展开探讨：即探测区杂散光对相干因子的影响、表面效应对颗粒布朗运动的影响、颗粒的定向运动方向对测量的影响等。经过实验得出系列结论：相干因子随着相干或者非相干杂散光的比例增大而减小；相干因子要高，就一定要控制杂散光；在一维宽度受限区域内，颗粒粒径的测量值大于实际值；扩散系数变化与受限宽度有近似线性关系等。

  纳米尺度检测与表征是纳米科技得以发展的必要条件，AFM作为表面分析设备，因其在高度测量中的准确性和高分辨率被广泛应用在纳米材料的研究中。朱晓阳在报告中详细介绍了用AFM测量纳米片层结构和纳米颗粒高度时的测量过程、数据分析及处理过程和高度测量值的不确定度评定办法。该方法可用于以石墨烯为代表的二维纳米片层材料厚度及层数的测量，及纳米颗粒粒径分析。

  申晋首先介绍了动态光散射与多角度测量的定义，接着通过自相关函数的加权反演、模拟及实测研究，得出以下结论：DLS测量受噪声和ACF数据的低信息量制约，优化DLS测量系统可降低噪声，MDLS可增加测量数据中的粒度信息；从含噪数据中有效提取粒度信息对MDLS PSD的准确测量具有重要作用；采用基于信息特征加权昂发进行MDLS数据反演能有效提高信息利用，降低噪声影响。

  根据米氏散射理论，单一球形粒子散射光偏振度取决于入射光波长，观测角，粒子直径以及相对折射率。当其他条件确定时，可建立起粒子直径和散射光偏振度的关系，从而通过反演计算得到粒径。黄晓群等采用此散射光偏振分析法对自由扩散于空气中的DEHS粒子进行粒径测量。同时，将实验光路与PIV相结合，基于粒子图像对散射光两线性偏振分量比例进行分析计算，达到同步测量颗粒粒度和速度的目的。

  报告中，王瑞敏介绍到，深入理解纳米颗粒与蛋白质的相互作用是研究纳米材料在生物医药领域应用及其生物安全性的重要基础。纳米颗粒的表面化学、粒径及形状等因素都会影响其与蛋白质的相互作用。发展可以同时分析多尺寸纳米颗粒对蛋白竞争吸附的方法非常重要。其课题组基于DCS技术，对此进行了研究，利用DCS颗粒分析的高分辨率，实现了溶液中六种粒径的金纳米颗粒与牛血清蛋白之间的竞争吸附行为的同时监测。

  偏振是光波一个固有参量，在小颗粒光散射中有着重要应用。报告中，徐捷简介了偏振的定义及描述方法后，对各个领域的偏振散射的研究和应用进行综述。发现偏振多用于纳米级小颗粒粒径的测量，散射光的偏振与颗粒形状、均匀性、朝向和各向异性等具有很大关系。基于光散射的颗粒测量中，虽然各种方法有所侧重，但一般都是综合利用散射光的偏振、强度、相位等参量。

  雾化广泛应用于燃烧、医药、农业、消防、日常生活等领域，实现雾化过程液滴粒度大小及分布、速度、温度、蒸发速率等参数的测量，对雾化过程中气液流动、传热机理的研究极为重要。据孙辉介绍，光学测量法具有无需取样、非接触、快速等优点，而其中的彩虹技术既可以实现液滴颗粒的测量，也可以测量液滴的折射率和温度。采用高斯光束作为光源，既可以较好的定义测量区的大小，又可以得到较高的光能聚集区，因此可以有效避免多个液滴同时出现在测量区的情况、减小颗粒之间复散射的影响，又可以提高信号强度。

  潘林超等为了扩展散射角的接受范围，提高激光粒度仪对亚微米颗粒的测量精度和分辨率，提出了一种结构简单的环形样品池方法。该方法理论上可以连续无缝地接收0-180度散射光，且具有测量下限低的优势。同时，基于环形样品池测量方法，搭建了新型激光粒度仪测量装置，并对50/100/200/400nm的标准粒子样品及有它们组合而成的混合样品进行了测量，并与传统样品池的测量结果进行了比对。结果表明，对于亚微米颗粒，环形样品池方法具有测量下限低、测量精度高、分辨率高和可靠性高的特点。

  李庆浩在报告中提出一种基于光场成像的气液两相流中气泡三维测量方法，解决了传统成像仅能进行二位测量的问题。利用Paytrix光场相机记录气液两相流场的光场信息，结合光场计算成像技术获取两相流场内气泡的全聚焦图像和重聚焦图像序列。对全聚焦图像和重聚焦图像进行处理，能够得到气泡的三维空间分布、尺寸分布及体积含气率等信息。

  基于米氏散射原理的激光粒度仪是颗粒测量领域应用最广泛的仪器，测量上限是仪器的重要指标之一。报告中，胡华等将奇异值分解方法引入到激光粒度仪光能系数矩阵的特性分析中，定义可以反映粒度变化相对相对的光能分布变化的灵敏度参数，给出了一组特定参数下的测量上限，进而推广得到仪器测量上限与仪器物理参数之间的解析表达式，实验结果证明了该表达式的正确性。

  鼓泡塔是一种常见的气液反应器，鼓泡塔中气泡的大小和浓度对于研究鼓泡塔中传质过程有着重要意义。潘志成等利用高速摄像法和数字图像处理技术实现鼓泡塔中气泡尺寸分布的测量，分析了气泡尺寸分布规律。实验与分析根据结果得出，该方法能有效获取水中气泡的尺寸分布情况，还可以分离粘连气泡，在气液两相流中气泡参数在线测量方面具备比较好的应用前景。