ICS ,19. 120 A 28
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T29022—2012/ISO22412:2008
粒度分析 动态光散射法（DLS）
Particle size analysis--Dynamic light scattering (DLS)
(ISO22412:2008,IDT)
2013-10-01实施
2012-12-31发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
目 次
前言引言 1
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
符号 5 原理 6 平均粒径及多分散指数的计算 7 仪器 8 预备工作 9 测量步骤 10 系统标定· 11 重复性 12 测试报告附录A（资料性附录） 相关函数和频率分析附录B（资料性附录）. 浓度效应参考文献
4
2
13 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用ISO22412：2008《粒度分析动态光散射法》（DLS)（英文版）。 本标准由全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会（SAC/TC168)提出并归口。 本标准起草单位：北京市理化分析测试中心、中机生产力促进中心、国家纳米科学中心、北京市海淀
区产品质量监督检验所、中国计量科学研究院。
本标准主要起草人：周素红、高原、余方、王孝平、王荷蕾、邹涛、王散锋、张涛、周悦、罗晓轩、刘俊杰。
- GB/T29022—2012/IS022412:2008
引言
目前，动态光散射法(DLS)已成为测量亚微米-纳米级颗粒粒度的一种常规方法。此项技术的成功应用主要在于：可以在几分钟内统计出平均粒径及其分布，并且已推出使用方便的商品化仪器。尽管如此，仪器的正确使用和对测量结果的解释仍需谨慎。
为此目的，颁布了GB/T196272005《粒度分析光子相关光谱法》。它规范了利用光子相关光谱法正确测定粒径的必要步骤。为避免多重散射的影响，GB/T19627中所规定的仪器只限于测量低浓度样品的粒度。目前，已经有了使这种限制尽量减小的仪器。因此，需要建立一个适于测定较宽浓度范围的分散体系粒度的动态光散射法标准，以使实验室间在测量准确度和再现性上能有良好的一致性。
就动态光散射已开发了多项技术。这些技术可按照以下两种方法分类： a）.数据分析上的差异（相关法和频率分析法）； b）光学装置上的差异（零差式和外差式检测器光学系统）。 一些新仪器有可供选择的固定的或可移动的样品池。 虽然动态光散射法(DLS)可以测定粒度分布，但是本标准仅限于有关粒度分布描述的两个参数：平
均粒径和多分散指数。有多种方法可被用于粒度全分布的计算。然而，这些方法目前尚未成熟到可以被编入国际标准中。因此在本标准中，未编人对应的标准化运算方法。
I GB/T29022-—2012/ISO22412:2008
粒度分析 动态光散射法（DLS）
1 范围
本标准规定了利用动态光散射法(DLS)测量分散于液体中的亚微米-纳米级颗粒或液滴的平均粒径和粒度分布的方法。
本标准适用的浓度范围广，可测量从较低到较高浓度的悬浮液。对于低浓度悬浮液样品，动态光散射法与光子相关光谱法一样；对于高浓度悬浮液样品，除了对测试结果的正确解释以外，还要对测量装置、样品制备等提出具体要求。
注：适用于低浓度悬浮液样品的光子相关光谱法在GB/T19627—2005/ISO13321：1996中已有规定。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T19627—2005粒度分析光子相关光谱法（ISO13321：1996，IDT）
3术语和定义
GB/T19627—2005界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
平均粒径average particle diameter TDLS (动态光散射)调和光强加权算术平均粒径。 注：平均粒径的单位是nm。其典型范围是从1nm到约1000nm。
3. 2
分散指数polydispersityindex PI 用于描述粒度分布宽度的无量纲量。 ［GB/T19627—2005,定义2.2] 注：对于单分散样品，典型的PI小于0.1。
3. 3
散射体积scatteringvolume N 被探测光学系统观察到的人射激光束的横截面。 ［GB/T19627—2005，定义2.3]
3.4
散射强度、计数率、光电流scatteredintensity N 被散射体积内颗粒散射的光的强度。实际上是检测器测得的与散射强度成比例的单位时间内的光 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
子脉冲数或光电检测器电流。 3. 5
仪器合格确认 qualification 用标准物质按动态光散射仪仪器使用说明进行的出厂合格确认。
3.6
验证的有效性 validation 用标准物质对涉及该方法范围内的所有性能指标进行的确认。
4 符号
本标准中引用的符号如表1所示，
表 1
1
符，号 c(r) D Dc Ds g (t) G(2) (t) Is
名称
单位任意单位 m /s m /s m° /s 任意单位任意单位 KCPS 无量纲数任意单位 - 任意单位 m3 nm nm s-1 s-1 mPa· s () nm 任意单位 g/cm3
衰减率或特征频率倒数的分布函数
平移扩散系数聚合体扩散系数自扩散系数
归一化的电场相关函数
强度相关函数散射强度，计数率，光电流分散介质的折射率
n P(w) PI AQint,i v r
功率谱分散指数
-
粒度为工;颗粒的光强权重量
散射体积球形颗粒的直径
Eos r r 7 .8 Ao 142 P + 9
平均粒径
衰减率（衰减线宽）和特征频率衰减率的权重强度平均值
分散介质的黏度
.·
散射角真空中激光波长
累积法求光强权重粒度分布的二次项因子
颗粒密度相关时间颗粒体积分数角频率
S 任意单位 Hz
w
2 GB/T29022——2012/ISO22412:2008
5原理
5.1总则
悬浮于液体中的纳米/亚微米级颗粒由于与悬浮介质分子间的相互作用而持续做不规则的布朗运动。在布朗运动的斯托克斯-爱因斯坦理论中[16]，在浓度很低的情况下，颗粒的运动是由悬浮流体的黏度、温度和颗粒大小决定的。当温度和黏度已知时，通过对液体中颗粒运动的测量，就可确定其粒径。 在低浓度的情况下，这个粒径指的是水动力粒径（见GB/T19627一2005）。浓度增高后，测量结果与多重光散射以及颗粒间的相互作用有关。多重光散射的影响可以通过测量装置消除。颗粒间的相互作用意味着只能测得表观粒径（见附录B)。动态光散射技术[15,17,18]用光学的方法探测颗粒的运动。悬浮颗粒被相光源照射，其运动造成散射位置随时间变化，使得散射光相位也随时间而变化。散射光相位随时间的变化，可以被视为其相位漂移随时间的变化，也可被视为相对于光源中心频率的频移。通过足够长时间的测量，无规则颗粒运动形成了散射光相移或频移的分布。 5.2DLS光学检测器 5.2.1使用一种相干光作为参考光，经由光波干涉，使得光谱相对于中心频率有一定的频移。对动态光散射法而言，频移在1Hz100kHz之间，很容易被适当的频率电子频谱仪探测到。两种常用的参考光方法，如图1所示。
2
13
4
心
2
A
b）外差式
a）零差式
说明： 1——散射光； 2—未散射的光束； 3—探测器； 4——自相关器或光谱分析器。
图1DLS光路图
5.2.2零差式检测[见图1a)]，也就是所谓的自参考或自拍检测。频率或相位差的测量参考光源自于所有探测到的散射光的混合。 5.2.3外差式检测[见图1b)]，也就是所谓的参照拍或可控参照检测。散射光与一部分入射光混合。 频率或相位差的测量参考光来源于未曾改变的入射光。 5.2.4检测器输出结果包含频率分布或随时间变化的相位，它们代表了悬浮颗粒的粒度。检测器输出信号由两部分组成：其中常量代表所有收集光的平均强度；随时间变化的分量代表动态光散射效应。依据动态光散射理论分析随时间变化的分量，可以得到粒度分布。
6平均粒径及多分散指数的计算
通过探测器捕获的信号可以用相关函数分析法或频率分析法进行分析和处理。有关这些方法的简要介绍参见附录A。注意相关函数和频率功率谱互为傅立叶变换对。在这两种方式下得到的粒度分布是一组粒径；和相应的光强加权值（△Qint.i，工i，i一1，"，N）的离散方程。
光强加权平均粒径DLS，可由方程（1)得出：
3 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
2. 2 i Qi:(1/ - 1/ s)
(1)
TDLS
Qint.i
分散指数PI(或测量的分布的宽度），可由方程（2)得出：
M
PI=2 s 台
(2)
M
2AQm..
i-1
另外，相关函数数据也能由附录A.1.3.2中表述的累积法进行分析，同样能得到权重强度换算的平均粒径ioLs和PI。需要注意的是，实际上从累积分析得到的PI可能与方程（2)中得到的值不同。
7仪器
下列为常用实验室仪器和详细部件。
7.1激光发生器
用激光发生器产生单色、偏振光束，其电场分量垂直于由人射光和探测光线（垂直偏振现象)构成的平面。可以使用多种激光器，例如！气体激光器（He-Ne激光、Ar激光）、固体激光器、高能二极管泵浦固体激光器和激光二极管。 7.2光学系统
用一组透镜将人射激光束聚焦到一个散射体积中以及探测散射光。光导纤维通常作为探测系统一部分用于光的传输。
7.3样品池
能够控制和测量样品温度，精度为士0.3℃。
7.4光子检测器
其输出与散射光强度成比例。通常选用光电倍增管、雪崩光电二极管或者光电二极管。 7.5信号处理单元
可以捕获随时间变化的强度信号，同时输出所捕获信号的自相关函数、互相关函数或功率谱。 7.6计算单元
可以通过信号处理得到粒径和粒度分布。一些计算单元也可作为信号处理单元。
8预备工作
8.11 仪器安置
仪器需放置在洁净的环境里，无电磁于扰、无机械震动以及避免阳光直接照射。 警告：动态光散射仪装有低或中功率的激光器，其辐射可能造成永久性眼损伤。切勿直视激光束及
4 ICS ,19. 120 A 28
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T29022—2012/ISO22412:2008
粒度分析 动态光散射法（DLS）
Particle size analysis--Dynamic light scattering (DLS)
(ISO22412:2008,IDT)
2013-10-01实施
2012-12-31发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
目 次
前言引言 1
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
符号 5 原理 6 平均粒径及多分散指数的计算 7 仪器 8 预备工作 9 测量步骤 10 系统标定· 11 重复性 12 测试报告附录A（资料性附录） 相关函数和频率分析附录B（资料性附录）. 浓度效应参考文献
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13 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用ISO22412：2008《粒度分析动态光散射法》（DLS)（英文版）。 本标准由全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会（SAC/TC168)提出并归口。 本标准起草单位：北京市理化分析测试中心、中机生产力促进中心、国家纳米科学中心、北京市海淀
区产品质量监督检验所、中国计量科学研究院。
本标准主要起草人：周素红、高原、余方、王孝平、王荷蕾、邹涛、王散锋、张涛、周悦、罗晓轩、刘俊杰。
- GB/T29022—2012/IS022412:2008
引言
目前，动态光散射法(DLS)已成为测量亚微米-纳米级颗粒粒度的一种常规方法。此项技术的成功应用主要在于：可以在几分钟内统计出平均粒径及其分布，并且已推出使用方便的商品化仪器。尽管如此，仪器的正确使用和对测量结果的解释仍需谨慎。
为此目的，颁布了GB/T196272005《粒度分析光子相关光谱法》。它规范了利用光子相关光谱法正确测定粒径的必要步骤。为避免多重散射的影响，GB/T19627中所规定的仪器只限于测量低浓度样品的粒度。目前，已经有了使这种限制尽量减小的仪器。因此，需要建立一个适于测定较宽浓度范围的分散体系粒度的动态光散射法标准，以使实验室间在测量准确度和再现性上能有良好的一致性。
就动态光散射已开发了多项技术。这些技术可按照以下两种方法分类： a）.数据分析上的差异（相关法和频率分析法）； b）光学装置上的差异（零差式和外差式检测器光学系统）。 一些新仪器有可供选择的固定的或可移动的样品池。 虽然动态光散射法(DLS)可以测定粒度分布，但是本标准仅限于有关粒度分布描述的两个参数：平
均粒径和多分散指数。有多种方法可被用于粒度全分布的计算。然而，这些方法目前尚未成熟到可以被编入国际标准中。因此在本标准中，未编人对应的标准化运算方法。
I GB/T29022-—2012/ISO22412:2008
粒度分析 动态光散射法（DLS）
1 范围
本标准规定了利用动态光散射法(DLS)测量分散于液体中的亚微米-纳米级颗粒或液滴的平均粒径和粒度分布的方法。
本标准适用的浓度范围广，可测量从较低到较高浓度的悬浮液。对于低浓度悬浮液样品，动态光散射法与光子相关光谱法一样；对于高浓度悬浮液样品，除了对测试结果的正确解释以外，还要对测量装置、样品制备等提出具体要求。
注：适用于低浓度悬浮液样品的光子相关光谱法在GB/T19627—2005/ISO13321：1996中已有规定。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T19627—2005粒度分析光子相关光谱法（ISO13321：1996，IDT）
3术语和定义
GB/T19627—2005界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
平均粒径average particle diameter TDLS (动态光散射)调和光强加权算术平均粒径。 注：平均粒径的单位是nm。其典型范围是从1nm到约1000nm。
3. 2
分散指数polydispersityindex PI 用于描述粒度分布宽度的无量纲量。 ［GB/T19627—2005,定义2.2] 注：对于单分散样品，典型的PI小于0.1。
3. 3
散射体积scatteringvolume N 被探测光学系统观察到的人射激光束的横截面。 ［GB/T19627—2005，定义2.3]
3.4
散射强度、计数率、光电流scatteredintensity N 被散射体积内颗粒散射的光的强度。实际上是检测器测得的与散射强度成比例的单位时间内的光 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
子脉冲数或光电检测器电流。 3. 5
仪器合格确认 qualification 用标准物质按动态光散射仪仪器使用说明进行的出厂合格确认。
3.6
验证的有效性 validation 用标准物质对涉及该方法范围内的所有性能指标进行的确认。
4 符号
本标准中引用的符号如表1所示，
表 1
1
符，号 c(r) D Dc Ds g (t) G(2) (t) Is
名称
单位任意单位 m /s m /s m° /s 任意单位任意单位 KCPS 无量纲数任意单位 - 任意单位 m3 nm nm s-1 s-1 mPa· s () nm 任意单位 g/cm3
衰减率或特征频率倒数的分布函数
平移扩散系数聚合体扩散系数自扩散系数
归一化的电场相关函数
强度相关函数散射强度，计数率，光电流分散介质的折射率
n P(w) PI AQint,i v r
功率谱分散指数
-
粒度为工;颗粒的光强权重量
散射体积球形颗粒的直径
Eos r r 7 .8 Ao 142 P + 9
平均粒径
衰减率（衰减线宽）和特征频率衰减率的权重强度平均值
分散介质的黏度
.·
散射角真空中激光波长
累积法求光强权重粒度分布的二次项因子
颗粒密度相关时间颗粒体积分数角频率
S 任意单位 Hz
w
2 GB/T29022——2012/ISO22412:2008
5原理
5.1总则
悬浮于液体中的纳米/亚微米级颗粒由于与悬浮介质分子间的相互作用而持续做不规则的布朗运动。在布朗运动的斯托克斯-爱因斯坦理论中[16]，在浓度很低的情况下，颗粒的运动是由悬浮流体的黏度、温度和颗粒大小决定的。当温度和黏度已知时，通过对液体中颗粒运动的测量，就可确定其粒径。 在低浓度的情况下，这个粒径指的是水动力粒径（见GB/T19627一2005）。浓度增高后，测量结果与多重光散射以及颗粒间的相互作用有关。多重光散射的影响可以通过测量装置消除。颗粒间的相互作用意味着只能测得表观粒径（见附录B)。动态光散射技术[15,17,18]用光学的方法探测颗粒的运动。悬浮颗粒被相光源照射，其运动造成散射位置随时间变化，使得散射光相位也随时间而变化。散射光相位随时间的变化，可以被视为其相位漂移随时间的变化，也可被视为相对于光源中心频率的频移。通过足够长时间的测量，无规则颗粒运动形成了散射光相移或频移的分布。 5.2DLS光学检测器 5.2.1使用一种相干光作为参考光，经由光波干涉，使得光谱相对于中心频率有一定的频移。对动态光散射法而言，频移在1Hz100kHz之间，很容易被适当的频率电子频谱仪探测到。两种常用的参考光方法，如图1所示。
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A
b）外差式
a）零差式
说明： 1——散射光； 2—未散射的光束； 3—探测器； 4——自相关器或光谱分析器。
图1DLS光路图
5.2.2零差式检测[见图1a)]，也就是所谓的自参考或自拍检测。频率或相位差的测量参考光源自于所有探测到的散射光的混合。 5.2.3外差式检测[见图1b)]，也就是所谓的参照拍或可控参照检测。散射光与一部分入射光混合。 频率或相位差的测量参考光来源于未曾改变的入射光。 5.2.4检测器输出结果包含频率分布或随时间变化的相位，它们代表了悬浮颗粒的粒度。检测器输出信号由两部分组成：其中常量代表所有收集光的平均强度；随时间变化的分量代表动态光散射效应。依据动态光散射理论分析随时间变化的分量，可以得到粒度分布。
6平均粒径及多分散指数的计算
通过探测器捕获的信号可以用相关函数分析法或频率分析法进行分析和处理。有关这些方法的简要介绍参见附录A。注意相关函数和频率功率谱互为傅立叶变换对。在这两种方式下得到的粒度分布是一组粒径；和相应的光强加权值（△Qint.i，工i，i一1，"，N）的离散方程。
光强加权平均粒径DLS，可由方程（1)得出：
3 GB/T29022—2012/ISO22412:2008
2. 2 i Qi:(1/ - 1/ s)
(1)
TDLS
Qint.i
分散指数PI(或测量的分布的宽度），可由方程（2)得出：
M
PI=2 s 台
(2)
M
2AQm..
i-1
另外，相关函数数据也能由附录A.1.3.2中表述的累积法进行分析，同样能得到权重强度换算的平均粒径ioLs和PI。需要注意的是，实际上从累积分析得到的PI可能与方程（2)中得到的值不同。
7仪器
下列为常用实验室仪器和详细部件。
7.1激光发生器
用激光发生器产生单色、偏振光束，其电场分量垂直于由人射光和探测光线（垂直偏振现象)构成的平面。可以使用多种激光器，例如！气体激光器（He-Ne激光、Ar激光）、固体激光器、高能二极管泵浦固体激光器和激光二极管。 7.2光学系统
用一组透镜将人射激光束聚焦到一个散射体积中以及探测散射光。光导纤维通常作为探测系统一部分用于光的传输。
7.3样品池
能够控制和测量样品温度，精度为士0.3℃。
7.4光子检测器
其输出与散射光强度成比例。通常选用光电倍增管、雪崩光电二极管或者光电二极管。 7.5信号处理单元
可以捕获随时间变化的强度信号，同时输出所捕获信号的自相关函数、互相关函数或功率谱。 7.6计算单元
可以通过信号处理得到粒径和粒度分布。一些计算单元也可作为信号处理单元。
8预备工作
8.11 仪器安置
仪器需放置在洁净的环境里，无电磁于扰、无机械震动以及避免阳光直接照射。 警告：动态光散射仪装有低或中功率的激光器，其辐射可能造成永久性眼损伤。切勿直视激光束及
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