為基 準(zhǔn)； 步驟S12,將標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒放入測(cè)量樣品池中，參考樣品池放空，利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)光譜 測(cè)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(duì)測(cè)量結(jié)果造成的貢 獻(xiàn)； 步驟S13 :將測(cè)量樣品池中標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒更換為待測(cè)納米顆粒，將參考樣品池放入 待測(cè)納米顆粒的分散溶劑，測(cè)量待測(cè)納米顆粒樣品，得到待測(cè)納米顆粒的相對(duì)透過率 然后將參考樣品池放空，測(cè)量待測(cè)納米顆粒樣品，得到待測(cè)納米顆粒的透過率 為TNP (A)以及90度散射光與參考光光強(qiáng)比值(又）； 步驟S14 :獲得待測(cè)納米顆粒消光光譜：其中，1為測(cè)量樣品池內(nèi)側(cè)邊長(zhǎng)； 步驟S15 :根據(jù)相對(duì)透過率透過率為TNP (A)以及90度散射光與參考光光 、? 強(qiáng)比值](/I)獲取待測(cè)納米顆粒90度散射光譜S9。（X ); 步驟S16 :構(gòu)建待測(cè)納米顆粒幾何模型，設(shè)置材料屬性，獲得隨機(jī)取向單顆粒消光截面Cext (A，D，AR，e)和90度微分散射截面dC_ (A，D，AR，e)，形成標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟S17 :創(chuàng)建逆問題求解模型，并求解逆問題，將測(cè)量得到的光譜與待表征參數(shù)和 標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，所述待表征參數(shù)包括數(shù)量濃度Nv及幾何特征量聯(lián)合分布函數(shù) p(D,AR,e),； 步驟S18 :計(jì)算納米顆粒濃度^及幾何特征量聯(lián)合分布p(D,AR,e)，獲得待表征參數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，其特征在 于，所述光譜測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)包括如下子步驟： 打開光源，移除反射模組、衰減片、透鏡、吸收層； 參考樣品池和測(cè)量樣品池中放空，不放入任何樣品； 單色儀掃描波長(zhǎng)，光電探測(cè)及處理單元測(cè)量并記錄測(cè)量光強(qiáng)與參考光強(qiáng)比值T。（A)， 作為測(cè)量基準(zhǔn)，以標(biāo)定光源模組的發(fā)射光譜、光電探測(cè)與處理單元響應(yīng)譜的總貢獻(xiàn)。3. 如權(quán)利要求1所述的納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，其特征在 于，利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)光譜測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定包括以下子步驟： (1) 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒樣品的透過率；在測(cè)量樣品池中放入標(biāo)準(zhǔn)PS樣品，單色儀掃 描波長(zhǎng)，此時(shí)光電探測(cè)及處理單元探測(cè)量正入射直線透射的測(cè)量光與參考光光強(qiáng)比值 tPS (A)，則標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒透過率為TPS (A) =tPS (A) /T。（入）； (2) 在參考樣品池中放入納米顆粒的分散溶劑，單色儀掃描波長(zhǎng)，光電探測(cè)與處理單元 探測(cè)量正入射直線透射的測(cè)量光與參考光光強(qiáng)比值^則得到納米顆粒樣品相 ，: 對(duì)于分散溶劑的相對(duì)透過率為(3) 系統(tǒng)中重新加入第二反射鏡、第三反射鏡、衰減片、透鏡和吸收層，將參考樣品池放 空，使得參考樣品池為空，測(cè)量樣品池盛有標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒樣品，光電探測(cè)及處理單元探測(cè)得 到測(cè)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7^_)s:s (/I) 〇4. 如權(quán)利要求3所述的納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，其特征在 于，測(cè)量待測(cè)納米顆粒樣品包括以下子步驟： 測(cè)量待測(cè)納米顆粒的透過率，在測(cè)量樣品池中放入待測(cè)納米顆粒，單色儀掃描波長(zhǎng)，此 時(shí)光電探測(cè)及處理單元探測(cè)量正入射直線透射的測(cè)量光與參考光光強(qiáng)比值tNP (A)，依據(jù)標(biāo) 定基準(zhǔn)，得到待測(cè)納米顆粒透過率為TNP (入）； 在參考樣品池中放入待測(cè)納米顆粒的分散溶劑，單色儀掃描波長(zhǎng)，光電探測(cè)及處理單 元探測(cè)正入射直線透射的測(cè)量光與參考光光強(qiáng)比值(A):，得到待測(cè)納米顆粒相對(duì) 于分散溶劑的相對(duì)透過率為2^3 在測(cè)量系統(tǒng)中重新加入反射模組、衰減片、透鏡和吸收層，將參考樣品池放空，使得 參考樣品池為空，測(cè)量樣品池盛有待測(cè)納米顆粒，測(cè)量待測(cè)納米顆粒的90度散射光，光 電探測(cè)及處理單元探測(cè)測(cè)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 r(:(A)。5. 如權(quán)利要求4所述的納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，其特 征在于，待測(cè)納米顆粒消光光譜通過以下方式獲得：待測(cè)納米顆粒消光光譜定義為，其中Nv為樣品中顆粒的數(shù)量濃度，為待測(cè)納米顆粒平均 消光截面，根據(jù)消光測(cè)量光路關(guān)系，相對(duì)透過率(VI)、數(shù)量濃度Nv、平均消光截面 之醜足如下關(guān)系：其中，1為測(cè)量樣品池內(nèi)側(cè)邊長(zhǎng)，得到消光光譜E(A)為：6.如權(quán)利要求5所述的納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，其特征在 于，待測(cè)納米顆粒90度散射光譜通過以下方式獲得： 待測(cè)納米顆粒90度散射光譜定義為其中Nv為樣品中顆 ，. 粒的數(shù)量濃度，>為待測(cè)納米顆粒90度方向平均微分散射截面，根據(jù)光路關(guān)系，測(cè) 量得到的滿足如下等式：其中，所述反射模組包括一第一反射鏡，一第二反射鏡，及一第三反射鏡沿測(cè)量光束的 傳播方向設(shè)置，所述Ri(A)和R2 (A)分別為第二反射鏡和第三反射鏡的反射率，TND (A)為 衰減片的透過率，TlOTS(A)為透鏡的透過率，為待測(cè)納米顆粒90度方向散射效 率，為測(cè)量樣品池出射光強(qiáng)度1_(A)與入射光強(qiáng)度Iin(A)之比，y為一比例系數(shù)； 將測(cè)量樣品池內(nèi)的樣品進(jìn)行網(wǎng)格剖分，每一體積元的散射光能表達(dá)為：其中，ANP(A)為納米顆粒吸光度，滿足： TNP(入）=exp[-ANP(入）1]; 因此出射光強(qiáng)1_(A)為每一散射體積元貢獻(xiàn)總和，即表達(dá)為如下積分形式：其中積分區(qū)域?yàn)镚= {(X，y,z) | (l-s)/2〈x〈(l+s)/2, 0〈y〈l, 0〈z〈h}，1 為測(cè)量樣品池內(nèi) 側(cè)邊長(zhǎng)，s為散射測(cè)量光路中入射到樣品上的光束水平方向?qū)挾龋琱為光束垂直方向?qū)挾龋? cw的計(jì)算公式為從而得到：，： 其中，kNP=(TNP) _/21 [ s/y] (1_tNP)AlnTNP)2,為待測(cè)納米顆粒的消光因子； 同理，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)PS樣品而言，同樣有類似的公式，Kps定義為標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒的消光因子， 則標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)量結(jié)果與待測(cè)樣品測(cè)量結(jié)果之間的關(guān)系：其中，〉為單個(gè)PS顆?？偵⑸浣孛?，(義,90°)為球形PS小球的90度、波長(zhǎng)為入歸 一化散射矩陣第一行第一列的元素，則有為單個(gè)PS顆粒總消 光截面；因此另， 則獲得待測(cè)納米顆粒90度散射光譜： ，.7.如權(quán)利要求6所述的納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，其特征在 于，創(chuàng)建逆問題求解模型包括如下子步驟： 將測(cè)量得到的光譜與待表征參數(shù)即數(shù)量濃度Nv與幾何特征量聯(lián)合分布函數(shù)p(D，AR，e))和標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，基本模型為如下兩個(gè)積分方程：離散化上述積分方程為： E=Cextnv,S=Cscanv； 其中nv=NVP為未知待求列向量；P為列向量，存儲(chǔ)納米顆粒幾何特征量的聯(lián)合分布概 率；E和S均為列向量，分別為測(cè)量得到的消光光譜和90度散射光譜數(shù)據(jù)；CexdPC_均為 矩陣，其中存儲(chǔ)計(jì)算得到的單顆粒消光截面和90度微分散射截面數(shù)據(jù)； 上述離散方程組為超定方程組，將其轉(zhuǎn)化為加權(quán)非負(fù)約束最小二乘問題進(jìn)行求解：其中權(quán)因子co用于平衡消光光譜數(shù)據(jù)與散射光譜數(shù)據(jù)的權(quán)重； 采用正則化方法并進(jìn)行如下變換，化簡(jiǎn)為標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃問題：為單位矩陣，|為正則化因子，得到nv。8.如權(quán)利要求7所述的納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，其特征在 于，納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布通過以下方式計(jì)算： 數(shù)量濃度通過以下公式計(jì)算： Nv= | |nv| |1； 即列向量nv各元素之和，幾何特征量概率聯(lián)合分布向量按以下公式計(jì)算： P=nv/Nv； 進(jìn)一步，顆粒樣品質(zhì)量濃度計(jì)算公式為：則： Cg=Pgnv ?V； 其中V為列向量，存儲(chǔ)不同幾何特征量的納米顆粒體積V(D，AR，e)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布的測(cè)量方法，包括：提供一光譜測(cè)量系統(tǒng)；校準(zhǔn)光譜測(cè)量系統(tǒng)；利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)光譜測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定；將測(cè)量樣品池中標(biāo)準(zhǔn)納米顆粒更換為待測(cè)納米顆粒，參考樣品池放入待測(cè)納米顆粒的分散溶劑；然后再將參考樣品池放空，分別測(cè)量待測(cè)納米顆粒樣品，得到待測(cè)納米顆粒的相對(duì)透過率、透過率以及90度散射光與參考光光強(qiáng)比值；獲得待測(cè)納米顆粒90度散射光譜；構(gòu)建待測(cè)納米顆粒幾何模型，形成標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫(kù)；創(chuàng)建逆問題求解模型，并求解逆問題，將測(cè)量得到的光譜與待表征參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)聯(lián)系起來；計(jì)算納米顆粒濃度及幾何特征量聯(lián)合分布，獲得待表征參數(shù)。
【IPC分類】G01N15/06
【公開號(hào)】CN105092444
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510441270
【發(fā)明人】白本鋒, 楊國(guó)策
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日