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新冠疫情有“危”也有“机”,纳米粒度一展身手

珠海欧美克发布时间:2020/03/09 14:42 点击: 加载中..

2020年的新年期间,因为一场突如其来的疫情注定被历史铭记。短短的50多天,从武汉市不明肺炎报告的出现到全国8万多人确诊感染,从武汉华南市场出发随着人口流动蔓延到全世界各个角落̷̷口罩和自由成了热销品,每个人都在这场疫情危机中学会了“勤洗手、戴口罩、不聚集”的生活习惯,也增长了对“纳米制剂”“纳米银口罩”“纳米银喷雾”等新名词的认知:
        国家纳米工程中心利用纳米技术在病毒检测和治疗方面“稳、准、狠”的技术特点,利用共享的病毒基因序列开发冠状病毒核酸快速检测试剂盒及检测系统利用胶体金标记的冠状病毒抗体快速检测层析芯片及阅读仪,使得病毒检测时间缩短到半小时以内。
       上海复旦团队研制的仿生纳米颗粒PS-GAMP可诱导肺组织常驻记忆T细胞的产生,进而引发较强的异型免疫,增强疫苗防护作用,有望成为通用流感疫苗的粘膜佐剂。
        俄罗斯科学家研发了以具有抗菌特性的纳米银为主要成分,使用熔喷工艺制备而成的新材料口罩,其防护时效可达10小时,为常规医用口罩的10倍。
       上海大学材料学院科研团队开发一种具有“自我消毒”功能的纳米银灭毒喷雾样品,应用在学校的公用设施表面。该纳米银喷雾使用方便、安全无毒、零刺激、具备能够持久杀灭病毒的能力。

̷̷

纳米这一个“计量单位”,在飞沫、气溶胶等新冠病毒传播途径中刷新了它的存在感,也让各式纳米分析仪器在产品研制和市场应用中凸显了不可替代的重要性。

欧美克纳米粒度分析仪NS-90的成功上市及普及应用,为广大急需纳米级粒度测试分析的客户提供了又一个高性价比的选择。相对于使用静态光散射原理的激光粒度仪而言,使用动态光散射原理及国际引进光子相关测量技术的NS-90对纳米级颗粒的测量更加稳定、同时拥有卓越的分辨能力。


欧美克NS-90纳米粒度分析仪


1、纳米粒度仪的测量原理

纳米粒度仪采用的是动态光散射的原理,简单来说就是通过测量纳米颗粒在液体介质中的布朗运动导致的散射光强的快速涨落来实现粒径的等效检测。基本原理是:小颗粒的布朗运动速度快使得散射光强涨落速率快;大颗粒的布朗运动速度慢导致散射光强涨落速率慢。


光电探测器接收到散射光强度的即时信号,同时将信号输送到仪器内的光子相关器进行数据的延时相关性分析处理,从而得到各项纳米粒径测试结果。仪器的两大核心技术是:连续地在极短时间内准确检测并记录极其微弱且快速变化的动态光散射强度信号;根据信号的时间相关性,经过复杂的数学模型分析计算后解析出相关的颗粒等效流体力学粒度数据。


2、纳米粒度仪核心器件——光电探测器

目前纳米粒度仪主流使用的探测器有两种:一是PMT光电倍增管,二是雪崩式光子计数器APD

PMT光电倍增管它是一种真空光电器件(真空管)。它的工作原理是建立在光电效应(光电发射)、二次电子发射、电子光学理论基础上的。PMT光电倍增管已经面世多年,其生产工艺及应用技术已经非常成熟稳定,但是已经很难再有更上一层楼的技术进步。它最主要的优点就是技术成熟,不足之处在于灵敏度稍低和背景电噪声不稳定。

欧美克NS-90国内主配的雪崩式单光子计数器APD是利用载流子的雪崩效应通过光子计数方式极大提高了检测的灵敏度。APD与已经广泛使用的光电倍增管(PMT)相比,APD单光子计数得到的是01组成的数字矩阵,对微弱光子信号的长时间积分不会引入热噪声,加之其信号的传输不需要经过模数和数模转换减少了随机噪声等误差源,使得其噪音极低,量子效率超高,并可以在高增益下保持良好的信噪比。          3、纳米粒度仪测试数据解说

粒度检测是一种等效检测,用不同检测原理的仪器得到的粒度分布数据是一种等效值。而采用动态光散射技术的纳米粒度仪得到的粒度数据正是根据斯托克斯-爱因斯坦方程得出的流体力学等效直径(粒径)。

NS-90纳米粒度分析仪软件的标准报告中提供了多种粒度结果,通常包括Z-averagePDIIntensity PSDVolume PSDNumber PSD等。

Z-average是粒径光强平均值,PDI是分散指数(分布宽度参数),这两个值是通过分析光子相关性方程反演得到,Z-average是动态光散射技术中得到的最重要、最稳定的数据。

Intensity PSD(粒径光强分布,简称光强分布)则是通过另一种方式,即多指数分析得到的分布式粒径统计,也是纳米材料粒径分析的重要参考指标。Intensity PSD通过Mie理论,可以将其转化为Volume PSD(体积分布),并可以进一步将这种体积分布转化为Number PSD(数量分布)。

散射光的强度遵循瑞利散射定律,与颗粒直径的六次方成正比,这就是说同样数量的直径相差10倍的两种颗粒,大颗粒的光强信号是小颗粒的100万倍。所以用动态光散射来测量粒径就要求所测样品的分布尽量窄,否则小颗粒的信号就极容易被大颗粒覆盖。理论上少数PDI大于0.7的宽分布或多分布样品,动态光散射原理进行测量结果的可信度较低。

观察一份报告上的这三个数据,通常会发现Number PSD结果最小,Intensity PSDVolume PSD都大很多。从原理上来说,Intensity PSD才是仪器得到的原始的、直接计算的粒度分布。Volume PSDNumber PSD都是以光强分布为基础进一步计算而来的,而且计算需要用到所测颗粒准确的光学参数,才能保证其结果的准确性。

至于为什么这三种分布差异这么大?举例来说,如果把60nm  220nm 聚苯乙烯乳液标样1:1 体积混合,那么在三种分布中各自的比例变化如下方图表所示意。


220纳米标样数据

60纳米标样数据


单独峰值nm

混合样百分占比

单独峰值nm

混合样百分占比

光强分布

231

86.3%

65.8

13.7%

体积分布

232

50.3%

61.8

49.7%

数量分布

184

2.6%

58.2

97.4%


光强分布(图示法)   体积分布(图示法)    数量分布(图示法)

由上述图片可看出,如果样品的分布是非常窄的单峰,那么三种分布不会有非常大的差异;但是样品的分布宽或者是多峰,在转化过程中体积和数量分布会非常不同,小颗粒的权重会大大的增加。

对于单峰的样品,通常用Z-average来报道样品结果;而多峰分布的样品,则要注意根据“质量报告”提示,通常 提供Intensity PSD中的各峰值大小。Volume PSDNumber PSD的准确性依赖于用户输入的光学参数,在多数情况下准确的结果获取有一定难度。

随着越来越多工业颗粒的精细化生产升级到了纳米级,纳米粒度仪在工业市场已经占领一席之地。欧美克NS-90纳米粒度分析仪引进和吸收了马尔文帕纳科公司的先进颗粒表征技术,使用90°动态光散射技术测量颗粒和分子大小,其所附带静态光散射功能还可以测定蛋白质与聚合物的分子量,广泛适用于高分子化工、生物产业、医药制剂、纳米材料、高分子过滤材料等行业。

在市场和技术的共同推动下,欧美克NS-90将继续为精细化的现代高新技术企业提供强有力的技术支持!


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