顆粒表征的光學技術及應用

第1章　顆粒體系與顆粒表征　 001
1．1　顆粒與顆粒體系　 001
1．2　樣品制備　 006
1．2．1　取樣過程　 006
1．2．2　獲取實驗室樣品　 007
1．2．3　實驗室樣品的縮分　 009
1．2．4　最少待測樣品量　 011
1．2．5　樣品分散　 012
1．3　顆粒測量數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計分析　 018
1．3．1　數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表達形式　 018
1．3．2　基本統(tǒng)計參數(shù)　 022
1．3．3　平均值　 024
1．3．4　顆粒表征中的等效球　 027
1．3．5　分布的分辨率　 029
1．3．6　測量質量　 030
參考文獻　 032
第2章　光散射的理論背景　 035
2．1　光散射現(xiàn)象與技術　 035
2．2　光散射理論要點　 039
2．2．1　光散射幾何　 039
2．2．2　單個顆粒的光散射　 040
2．2．3　顆粒的時間平均散射強度　 053
2．2．4　顆粒的散射強度漲落　 054
2．3　其他光學技術　 059
2．3．1　靜態(tài)光散射　 059
2．3．2　濁度法　 062
2．3．3　背散射測量　 064
2．3．4　顆粒場圖像全息法　 064
2．3．5　穿越時間測量　 065
2．3．6　飛行時間測量　 066
2．3．7　聚焦光束反射法　 066
2．3．8　頻率域光子遷移　 067
2．3．9　相位Doppler法　 067
2．3．10　熒光相關光譜　 068
參考文獻　 069
第3章　光學計數(shù)法　 081
3．1　引言　 081
3．2　儀器構造　 083
3．2．1　光源　 085
3．2．2　體積測量儀的光學　 085
3．2．3　原位光譜儀的光學　 088
3．2．4　光學響應　 088
3．2．5　樣品部分　 093
3．2．6　電子系統(tǒng)　 097
3．3　測量結果與數(shù)據(jù)分析　 098
3．3．1　校準　 098
3．3．2　光學顆粒計數(shù)器參數(shù)測量　 101
3．3．3　粒徑測量下限　 102
3．3．4　粒徑測量的準確性　 103
3．3．5　粒徑測量分辨率　 104
3．3．6　計數(shù)的效率與準確性　 105
3．3．7　液體監(jiān)視器的數(shù)據(jù)分析　 107
參考文獻　 108
第4章　激光粒度法　 113
4．1　引言　 113
4．1．1　粒徑測量上限　 115
4．1．2　粒徑測量下限　 116
4．2　儀器　 121
4．2．1　光源　 122
4．2．2　樣品處理模塊　 123
4．2．3　收集光學　 127
4．2．4　探測系統(tǒng)　 135
4．2．5　儀器校準與驗證　 139
4．3　數(shù)據(jù)采集與分析　 141
4．3．1　數(shù)據(jù)采集　 141
4．3．2　數(shù)據(jù)分析　 143
4．3．3　折射率效應　 148
4．3．4　濃度影響　 152
4．4　測量精確度與準確性　 153
4．4．1　分辨率與精確度　 153
4．4．2　測量準確性　 155
4．4．3　顆粒形狀效應　 157
參考文獻　 161
第5章　光學圖像分析法　 169
5．1　引言　 169
5．2　圖像獲取　 171
5．2．1　入射光部分　 171
5．2．2　靜態(tài)圖像法樣品導入　 173
5．2．3　動態(tài)圖像法樣品導入　 174
5．2．4　圖像采集設備　 179
5．3　圖像分析　 181
5．3．1　分割　 181
5．3．2　邊緣及閾值　 184
5．3．3　邊緣上的顆?！? 185
5．4　顆粒形狀表征　 187
5．4．1　形狀測量系數(shù)　 189
5．4．2　形狀描述符　 190
5．4．3　顆粒色彩表征　 192
5．5　儀器設置、校準與驗證　 193
5．5．1　儀器設置　 193
5．5．2　儀器校準與驗證　 195
參考文獻　 196
第6章　顆粒跟蹤分析法　 199
6．1　引言　 199
6．2　儀器與測量參數(shù)　 200
6．2．1　儀器組成　 200
6．2．2　顆粒的識別和跟蹤　 204
6．2．3　濃度測量　 206
6．2．4　熒光測量　 206
6．2．5　散射強度測量　 206
6．2．6　zeta電位測量　 207
6．2．7　儀器驗證　 207
6．3　樣品與數(shù)據(jù)　 208
6．3．1　樣品　 208
6．3．2　測量范圍　 210
6．3．3　測量數(shù)據(jù)的質量　 213
6．4　顆粒跟蹤分析法的其他考慮因素　 217
6．4．1　Stokes-Einstein公式的適用性　 217
6．4．2　顆粒必須只有所跟蹤的運動　 218
參考文獻　 219
第7章　動態(tài)光散射法　 221
7．1　引言　 221
7．2　儀器組成　 223
7．2．1　光源　 223
7．2．2　入射光部分　 224
7．2．3　樣品池模塊　 226
7．2．4　散射光探測元件　 227
7．2．5　探測器　 229
7．2．6　電子線路　 230
7．2．7　相關器　 230
7．2．8　頻率分析　 233
7．2．9　多角度測量　 234
7．2．10　圖像動態(tài)光散射　 236
7．2．11　在線動態(tài)光散射測量　 238
7．2．12　自混合激光干涉儀　 239
7．2．13　實驗注意事項　 239
7．3　數(shù)據(jù)分析　 241
7．3．1　自相關函數(shù)衰變常數(shù)分析　 242
7．3．2　頻率分析　 251
7．3．3　擴散系數(shù)分析　 253
7．3．4　粒度分析　 255
7．3．5　分子量分析　 261
7．3．6　準確度與分辨率　 262
7．4　測量濃懸浮液　 263
7．4．1　光導纖維探頭（光極）　 264
7．4．2　交叉相關函數(shù)測量　 265
7．4．3　擴散波光譜　 267
參考文獻　 269
第8章　電泳光散射法　 281
8．1　引言　 281
8．2　zeta電位與電泳遷移率　 282
8．2．1　zeta電位　 282
8．2．2　電泳遷移率　 286
8．2．3　電泳遷移率的測量　 288
8．3　電泳光散射儀器　 289
8．3．1　外差法測量　 290
8．3．2　頻移器　 293
8．3．3　樣品池　 294
8．3．4　電場　 302
8．3．5　多角度測量　 303
8．3．6　信號處理　 304
8．3．7　實驗注意事項　 305
8．4　數(shù)據(jù)分析　 306
8．4．1　自相關函數(shù)與功率頻譜　 306
8．4．2　頻譜范圍與分辨率　 310
8．4．3　電泳遷移率測量的準確性　 313
8．5　相位分析光散射　 315
參考文獻　 317
第9章　顆粒表征的標準化　 323
9．1　文本標準　 324
9．1．1　國際標準　 324
9．1．2　中國標準　 329
9．2　標準物質、參考物質與標準樣品　 332
9．2．1　什么是標準物質、參考物質與標準樣品？　 333
9．2．2　標準物質　 335
9．2．3　參考物質的追溯性　 336
9．2．4　顆粒表征中的標準物質與參考物質　 338
9．3　標準化組織　 345
9．3．1　國際標準化組織　 345
9．3．2　中國標準化組織　 347
參考文獻　 349
第10章　其他顆粒表征技術概述　 351
10．1　電阻法：計數(shù)與粒度　 351
10．1．1　經(jīng)典方法　 351
10．1．2　可調電阻脈沖感應法　 356
10．1．3　其他類型的電阻法技術　 357
10．2　沉降法：粒度　 358
10．3　篩分法：分級與粒度　 361
10．4　色譜方法：分離與粒度　 363
10．4．1　尺寸排阻色譜法　 364
10．4．2　水動力色譜法　 364
10．4．3　場流分離　 365
10．5　超聲分析　 366
10．5．1　超聲法：粒度　 367
10．5．2　電聲效應：zeta電位　 369
10．5．3　動態(tài)超聲散射法：顆粒動態(tài)與粒度　 369
10．6　氣體物理吸附：粉體表面積與孔徑　 370
10．6．1　低壓靜態(tài)體積法　 370
10．6．2　高壓靜態(tài)體積法　 373
10．6．3　流動氣體法　 374
10．7　壓汞法：孔徑分析　 374
10．8　空氣滲透法：平均粒度　 375
10．9　毛細管流動孔徑分析法：通孔孔徑　 375
10．10　氣體置換比重測定法：密度　 377
10．11　核磁共振技術　 378
10．11．1　脈沖場梯度核磁共振：粒度與孔結構　 378
10．11．2　核磁共振弛豫時間比較法：顆粒總表面積　 378
10．12　流動電位測量：zeta電位　 379
10．12．1　DC流動電位法　 379
10．12．2　AC流動電位法　 380
10．13　共振質量測量：計數(shù)與粒度　 380
10．14　亞微米氣溶膠測定：計數(shù)與粒度　 381
10．15　顆粒表征技術小結　 381
參考文獻　 382
附錄1　符號　 392
附錄2　Mie理論的球散射函數(shù)　 395
附錄3　常用液體的物理常數(shù)　 397
附錄4　常用分散劑　 402
附錄5　用于分散一些粉體材料的液體與分散劑　 404