用于确定悬浮液中尺寸≤1μm颗粒的平均回转半径的方法以及用于实施该方法的设备

摘要

本发明涉及一种用于确定悬浮液中尺寸≤1μm的颗粒的平均回转半径(rg)的方法以及一种用于实施根据本发明所述方法的设备。该方法基于纳米颗粒上线性极化电磁辐射的散射，所述纳米颗粒悬浮在溶液中并移动通过流通池。照射垂直于运动方向进行，散射强度通过至少四个检测器测量，所述检测器以限定的角度布置在限定的平面中。或者，可以在至少一个检测器的位置处使用至少一个反射镜，其将辐射偏转到至少一个检测器上。基于散射强度，可以确定颗粒的平均回转半径(rg)和其在悬浮液中的浓度。

说明书

根据本发明，提供了一种用于确定悬浮液中尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm)的颗粒的平均回转半径〈rg〉的方法，并提供了一种用于实施根据本发明的方法的设备。该方法基于纳米颗粒上线性极化电磁辐射的散射，所述纳米颗粒悬浮在溶液中并运动通过流动池。照射垂直于运动方向进行，散射强度通过至少四个检测器测量，所述检测器以限定的角度布置在限定的平面中。或者，可以在至少一个检测器的位置处使用至少一个反射镜，该反射镜将辐射偏转到至少一个检测器上。借助散射强度，可以确定颗粒的平均回转半径〈rg〉及其在悬浮液中的浓度。

怀疑纳米颗粒(例如尺寸＜200nm)可能对人类和动物产生健康影响，因此在环境保护方面，其是安全相关的。因此，迫切需要监测某些产品的生产方法，其中发生含纳米颗粒的污染。污染可以在产品制备期间、在产品生产之后或者仅在使用产品时(例如,通过水解)发生。

表征工业产品的必要性不仅在科学和政治领域得到认可，而且由于目前对这一事项的监管力度加大，目前也在商业上得到实施。与空气中颗粒计数的情况类似，对应于ISO11 057：2011标准，打算开发基于廷德尔效应的胶体光学测量。事实上，为了评估水生系统中环境相关的论述，目前还缺乏具体的分析。用于在合同实验室中实施表征的相应商业设备迄今尚未可用。

在水生系统中固体纳米颗粒形式的难溶物质的含量在风险评估中经常被忽视或者没有特别考虑。在目前大多数商业设备可用的情况下，测量只能在相对高浓度的样品的总体积的小范围内进行，其通常不适于样品的预期的平均颗粒浓度，该样品根据OECD-105制备且由例如含二氧化硅的材料制成。

现有技术中已知的许多设备对于测量低颗粒浓度的热解硅酸胶体不够敏感。在对这些胶体进行表征时，基本上必须解决两个任务，即确定平均颗粒尺寸和确定颗粒浓度。

一些科学的标准方法，如静态(SLS)和动态(DLS)光散射，可用于测量颗粒尺寸并是有效的。但是，对于工业中产品表征的应用来说，DLS太费力且费时。此外，需要高素质的人员来充分解释测量结果。自20世纪50年代初以来，通过SLS，采用不对称方法确定了颗粒尺寸，随后以常规方式由散射强度计算浓度。

用已知方法尽可能精确确定的挑战存在于实际胶体中各颗粒之间发生的相互作用。根据不对称方法这损害颗粒尺寸的确定。该相互作用可以通过分析物多个稀释度的角度相关的测量以及将Zimm近似值应用于零浓度和零角度计算。在实际样品的情况下，这个过程是有问题的，因为预期的浓度太低以至于即使未稀释其检测也存在挑战。另外，纳米粒子的散射光的强度与粒径(颗粒尺寸)的六次方成比例的增加。由于这个原因，较大颗粒自然发生的低污染通常限制了这些方法在以高浓度存在的尺寸＞100nm的颗粒的应用。

常规测量设备的大尺寸代表了另一个问题。这是由将检测单元和检测器在空间上彼此分开的需要导致的。分离是必要的以避免在到达检测器的透明表面上发生破坏性反射，因为这些反射通常比散射光强得多。这些测量设备通常也非常昂贵，处理起来复杂，并且不能够小型化和自动化以使它们适合于原位测量或者在合同实验室中进行测量。

已知的标准方法和测量设备的另一个缺点在于它们不能同时或在一个设备中确定纳米颗粒的粒径和浓度。只有一种通用的方法，其能够确定颗粒尺寸同时计算浓度，并排除较大粒子污染的影响，从而低成本地、具有足够的灵敏度地确定低浓度的纳米粒子，可以满足工业上用于纳米颗粒污染产品的定量表征的需求。

总之，可以确定的是，目前没有标准化方法可用，使用该方法，即使在低颗粒浓度下，尺寸＜200nm的颗粒能够被表征平均回转半径〈rg〉及其浓度。因此，目前，经过认证的合同实验室无法按照工业要求和具有竞争力的价格对颗粒污染的产品进行测试。

由此出发，本发明的目的是提供一种方法和一种设备，使用其可以简单而敏捷地确定悬浮液中尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm)的颗粒的平均回转半径〈rg〉和浓度。

该目的通过权利要求1所述的方法和权利要求18所述的设备来实现。从属权利要求揭示有利的发展。

根据本发明，提供了一种用于确定悬浮液中尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm)的颗粒的平均回转半径〈rg〉的方法，包括以下步骤：

a)包含尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm)的颗粒的悬浮液以特定流量沿着运动直线通过流动池的运动；

b)通过辐射源沿照射直线用波长≤800nm的线极化电磁辐射照射流动池中的悬浮液，照射直线与运动直线在散射点处相交；和

c)经由至少一个第一和至少一个第二检测器检测电磁辐射的至少两个第一散射强度，所述至少一个第一检测器相对于照射直线以第一角度θ₁布置，并且所述至少一个第二检测器相对于所述照射直线以第二角度180°-θ₁布置；

d)经由至少一个第三和至少一个第四检测器检测电磁辐射的至少两个另外的散射强度，所述第三检测器相对于照射直线以第三角度θ₂布置，并且所述第四检测器相对于所述照射直线以第四角度180°-θ₂布置；其中，θ₂≠θ₁；

e)用没有颗粒的参比液代替包含颗粒的悬浮液重复步骤a)至d)；

f)形成至少四个散射强度的差数，分别地从具有颗粒的悬浮液的散射强度中减去没有颗粒的参比液的散射强度；

g)根据至少四个散射强度的差数计算颗粒的平均回转半径〈rg〉，

其中，所述至少一个第一、第二、第三和第四检测器布置在平行于所述照射直线且垂直于所述运动直线的平面中，或者在至少一个检测器的位置使用至少一个用于将所述电磁辐射偏转到所述至少一个检测器的反射镜。

根据本发明的方法使得以高灵敏度和高准确度以快速和简单的方式确定悬浮液中尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm)的颗粒的平均回转半径〈rg〉成为可能。对于尺寸大于200nm的颗粒(例如，尺寸≤1μm的颗粒)，测定其平均回转半径〈rg〉也是可能的，因为在尺寸、形状和材料的背景下，散射强度的角度依赖性对于尺寸大于200nm的颗粒也是特征性的。根据本发明的方法平衡了胶体悬浮液中化学相互作用的影响，并因此允许在应用不对称方法测定粒度时忽略这种相互作用。

在根据本发明目的的替代方案中，在至少一个检测器(优选所有检测器)的位置处使用反射镜，该反射镜将电磁辐射反射到检测器上(例如，在所述至少一个反射镜下方布置的CCD检测器)。如果使用平面检测器，则可以用位置或角度分辨率读出。替代方案具有这样的效果，即检测器不一定需要布置在与流动池相交的平面中。换句话说，检测器可以布置在流动池的下方或上方的平面中。这使得能够使用平面检测器或平面检测器阵列来代替围绕流动池布置的检测器或检测器阵列。也可以使用一次性芯片。

如果在该方法中使用波长≤480nm的光(例如蓝光)，则这增加了超小颗粒的散射强度，因此增加了其测量的灵敏度。

有利地，流动池具有待分析的小体积，例如10-15μl，在任何时候,检测池的整个射束高度上的完整横截面被读出。在流通模式下检测的实例中，这使得能够自动完整地在几个小时内表征相当大的样品体积(例如20-50ml)。

在根据本发明的方法中，相对于光束方向，第一角度θ₁可以是45°至55°，优选50°，和/或适用θ₁±4°≤θ₂≤θ₁±20°。

相对于光束方向，检测角度在40°和90°之间的数量可以是≥2。

优选地，颗粒的平均回转半径〈rg〉的计算包括以下步骤：

a)根据公式从至少两个第一散射强度计算值Z₁

其中，

I_θ1:具有第一角度θ₁的散射强度；

I_180°-θ1:具有第二角度180°-θ₁的散射强度；

P(θ₁)/P(180°-θ₁):由颗粒的形状和尺寸产生的形状因子的商数；

M_p：NP的平均分子量；

c_p：浓度，

A₂：第二维里系数；和

b)根据公式从至少两个另外的散射强度计算值Z₂

其中，

I_θ2:具有第三角度θ₂的散射强度；

I_180°-θ2:具有第四角度180°-θ₂的散射强度；

P(θ₂)/P(180°-θ₂):由颗粒的形状和尺寸产生的形状因子的商数；

M_p：NP的平均分子量；

c_p：浓度，

A₂：第二维里系数；和

c)根据下列公式通过针对颗粒计算的校准曲线进行所述平均回转半径〈rg〉的数值确定：

F(<r_g>)＝0.5·[Z₁-Z₂+(Z₁/Z₂–1)]。

在该方法的进一步步骤中，可以确定悬浮液中颗粒的浓度，浓度的确定包括以下步骤：

a)经由第五检测器检测相对于电磁辐射照射方向90°的散射强度，并且经由第六检测器检测照射强度I₀，第五检测器相对于照射直线以90°的第五角度布置，并且所述第六检测器相对于所述照射直线以第六角度180°布置；

b)以照射强度I₀计算来自五对散射强度I_l，I_m的任意一对的R(θ_l)，R(θ_m)

其中，

在角度θ_i处的瑞利比；

V：散射体积和

r²：散射体积中心与相应检测器之间的间距的平方；

c)将至少以第一、第二、第三、第四和第五角度检测到的散射强度彼此成对地组合，并且根据公式计算至少10个独立浓度c_i，

c_i＝1/(M_p*K)*[1/P(θ_l)-1/P(θ_m)]/[1/R(θ_l)-1/R(θ_m)]

其中，

M_p：颗粒的分子质量；

K：与材料和浓度相关用于表征颗粒散射能力的对比因子；

P(θ_l),P(θ_m)：来自五对散射强度的任何一对的散射信号的形状因子；

R(θ_l),R(θ_m):来自五对散射强度的任何一对的瑞利比，取决于材料和粒径；和

d)计算至少10个独立浓度c_i的平均值并计算标准偏差。

将至少以第一、第二、第三、第四和第五角度检测到的散射强度彼此成对地组合(在步骤b))，根据组合规则产生以下10个没有重复的组合：

第一角度-第二角度；

第一角度-第三角度；

第一角度-第四角度；

第一角度-第五角度；

第二角度-第三角度；

第二角度-第四角度；

第二角度-第五角度；

第三角度-第四角度；

第三角度-第五角度；和

第四角度-第五角度。

至少一个第一和至少一个第二以及至少一个第三和至少一个第四检测器可以彼此成对地相对于90°轴线对称地设置。

所述检测器可分别包括输入表面或输入开口，其至少布置在流动池表面上或邻接或相同的区域，所述输入表面或输入开口是平腔，其对电磁辐射是透明的，可选地为空气空间，或对电磁辐射透明的窗口区域；并且优选具有基本上与流动池表面的折射率类似的折射率，特别优选偏离流动池表面的折射率≤0.1(优选≤0.05)的折射率。

流动池可以

a)具有1至450μl的体积，优选2至300μl，特别优选5至240μl，特别是10至180μl；

b)在与悬浮液的流动方向垂直的横截面内具有圆形、矩形或多边形构造，并且流动池可以优选沿运动方向以直圆柱形式配置；

c)包含玻璃和/或聚合物或由其组成；和/或

d)在与悬浮液的接触表面上具有基本上对应于悬浮液的折射率的折射率，优选偏离悬浮液的折射率≤0.1(优选≤0.05)的折射率。

悬浮液可以以0.02至2ml/min(优选0.04至1ml/min，特别优选0.1至0.5ml/min，特别是0.2至0.3ml/min)的流量运动通过流动池，优选以层流分布。小流量可以通过时间分辨数据照片在更长的时间范围内识别出更大的粒子作为时间分辨的附加峰，同时这些粒子通过散射点。

在检测散射强度之前，在该方法中，可以校准检测器，优选通过校准来补偿检测器的实际位置与检测器的理想位置的偏差。

在一个优选实施方式中，从散射点到至少一个检测器的至少一个辐射路径是相对于从散射点到至少一个相邻检测器的辐射路径光学分离的，优选通过对电磁辐射不透明的屏幕，沿着辐射路径，该屏幕特别优选具有抗反射表面性质，特别是包含黑色凝胶或黑色片搪瓷或由其组成的抗反射表面。结果，可以抑制沿着辐射路径光波导壁上的全反射，从而只有期望的散射光子到达相应的检测器。

该方法的特征在于实施以下步骤：

a)具有颗粒的悬浮液移动通过流动池；

b)检测流动池中悬浮液的电磁辐射的散射强度；

c)空气或另一种合适的分离介质通过流动池的运动，用于空间上分离悬浮液和参比液；

d)由没有颗粒的悬浮液组成的参比液移动通过流动池；

e)检测流动池中参比液的电磁辐射的散射强度；和

f)从悬浮液测定的散射强度中减去参比液测量的散射强度；

优选重复步骤a)至f)几次。

检测器可以涉及硅检测器和/或CCD传感器(优选Si检测器)、具有或不具有后续阻抗放大器的雪崩光电二极管阵列和/或雪崩光电二极管。

在一个优选实施方式中，利用电子数据滤波器(优选直方图滤波器)来校正检测到的散射强度，其特别优选参考尺寸大于100nm的粒子的信号校正散射强度，特别是通过减去这些信号。电子数据预过滤使得可以在评估过程中计算溶液中较大颗粒的数量，从而尽管存在大颗粒，也能使小颗粒“可见”。因此，相对于超小颗粒，测量的灵敏度增加。

电磁辐射可以

a)具有在250nm至800nm，优选320nm至500nm，特别优选360nm至450nm，特别是380nm至420nm范围内的波长；和/或

b)是单色的；

c)是线性极化的平行或垂直于运动直线；和/或

d)通过激光光源产生，优选激光二极管。

颗粒的平均尺寸可以根据廷德尔效应来确定。

在根据本发明的方法的步骤a)之前，即在颗粒移动通过流动池之前的步骤中，包含液体和尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm，任选≤100nm)的颗粒以及尺寸＞1μm(优选＞500nm，特别优选＞200nm，任选＞100nm)的颗粒的悬浮液可以通过膜过滤，尺寸＞1μm(优选＞500nm，特别优选＞200nm，任选＞100nm)的颗粒与悬浮液分离。

辐射源可以

i)沿照射直线布置；或

ii)辐射源可以相对于照射直线成角度地布置，并且电磁辐射可以经由至少一个反射镜偏转到照射直线上。

在辐射源的位置处布置至少一个反射镜的优点在于，辐射源不需要布置在与流动池(更确切地说：散射点)相交的平面中。作为其结果，辐射源的布置是灵活的，即辐射源可以布置在例如流动池的下方或上方。

此外，提供了一种用于确定悬浮液中尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm)的颗粒的平均回转半径〈rg〉的方法，包括：

a)流动池，任选地具有用于使包含尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm)的颗粒的悬浮液和/或没有颗粒的参比液以特定流量沿着运动直线运动的泵设备；

b)辐射源，用于以波长≤800nm的线性极化电磁辐射沿照射直线照射流动池中的悬浮液,照射直线与运动直线在散射点处相交；和

c)至少一个第一和第二检测器，用于检测电磁辐射的至少两个第一散射强度，所述至少一个第一检测器相对于照射直线以第一角度θ₁布置，并且所述至少一个第二检测器相对于所述照射直线以第二角度180°-θ₁布置；

d)至少一个第三和第四检测器，用于检测电磁辐射的至少两个另外的散射强度，所述至少一个第三检测器相对于照射直线以第三角度θ₂设置，并且所述至少一个第四检测器相对于所述照射直线以第四角度180°-θ₂设置；和

e)计算单元，配制其以从分别在第一、第二、第三和第四检测器处检测到的含颗粒的悬浮液的散射强度减去至少在那里检测到的不含颗粒的参比液的散射强度，并从至少四个差数中计算出粒子的平均回转半径〈rg〉，

其中，所述至少一个第一、第二、第三和第四检测器布置在平行于所述照射直线且垂直于所述运动直线的平面中，或者至少一个用于将所述电磁辐射偏转到所述至少一个检测器的反射镜布置在至少一个检测器的位置。

在根据本发明目的的替代方案中，位于至少一个检测器(优选所有检测器)的位置处的设备包括反射镜。至少一个检测器(优选所有检测器，可选地以CCD阵列的形式)设置在至少一个反射镜的下方或上方。

该设备的特点在于,相对于光束方向，第一角度θ₁是45°至55°，优选50°，和/或适用θ₁±4°≤θ₂≤θ₁±20°。

相对于光束方向，检测角度在40°和90°之间的数量可以是≥2。

计算单元可以被设置(例如被编程)通过以下步骤确定颗粒的平均回转半径〈rg〉：

a)根据公式从两个第一散射强度计算值Z₁，

其中，

I_θ1:具有第一角度θ₁的散射强度；

I_180°-θ1:具有第二角度180°-θ₁的散射强度；

P(θ₁)/P(180°--θ₁):由颗粒的形状和尺寸产生的形状因子的商数；

M_p：NP的平均分子量；

c_p：浓度，

A₂：第二维里系数；和

b)根据公式从两个另外的散射强度计算值Z₂，

其中，

I_θ2:具有第三角度θ₂的散射强度；

I_180°-θ2:具有第四角度180°-θ₂的散射强度；

P(θ₂)/P(180°-θ₂):由颗粒的形状和尺寸产生的形状因子的商数；

M_p：NP的平均分子量；

c_p：浓度，

A₂：第二维里系数；和

c)根据下列公式通过针对具体类型颗粒计算的校准曲线对平均回转半径〈rg〉进行数值确定：

F(<r_g>)＝0.5·[Z₁-Z₂+(Z₁/Z₂–1)]。

此外，可以设置计算单元以确定悬浮液中颗粒的浓度，浓度的确定包括以下步骤：

a)经由第五检测器和第六检测器检测电磁辐射的两个另外的散射强度，第五检测器相对于照射直线以90°的第五角度布置,并且所述第六检测器相对于所述照射直线以第六角度180°布置；

b)计算R(θ_l),R(θ_m):在照射强度I₀，五对散射强度I_l，I_m的任意一对的瑞利比，取决于材料和粒径，

其中，

在角度θ_i处的瑞利比；

V：散射体积和

r²：散射体积中心与相应检测器之间间距的平方；

c)将至少具有第一、第二、第三、第四和第五角度检测到的散射强度彼此成对地组合，并且根据公式计算至少10个独立浓度c_i，

c_i＝1/(M_p*K)*[1/P(θ_l)-1/P(θ_m)]/[1/R(θ_l)-1/R(θ_m)]

其中，

M_p：微粒分子质量；

K：与材料和浓度相关用于表征颗粒散射能力的对比因子；

P(θ_l),P(θ_m)：来自五对散射强度中任何一对的散射信号的形状因子；

R(θ_l),R(θ_m):来自五对散射强度的任何一对的瑞利比，取决于材料和粒径；和

d)计算至少10个独立浓度c_i的平均值并计算标准偏差。

在一个优选实施方式中，至少一个第一和至少一个第二检测器的对和/或至少一个第三和至少一个第四检测器的对相对于90°轴线对称地设置。

所述检测器可分别包括输入表面或输入开口，其至少布置在流动池表面上或邻接或相同的区域，至少在区域，对后者而言，所述输入表面或输入开口是平腔，其对电磁辐射是透明的，可选的空气空间，或对电磁辐射透明的窗口区域；并且优选具有基本上与流动池表面的折射率类似的折射率，特别优选偏离流动池表面的折射率≤0.1(优选≤0.05)的折射率。

流动池可以

a)体积为1至450μl，优选2至300μl，特别优选5至240μl，特别是10至180μl；

b)在与悬浮液的流动方向垂直的横截面内具有圆形、矩形或多边形构造，流动池优选沿运动方向以直圆柱形式配置；

c)包含玻璃和/或聚合物或由其组成；和/或

d)在与悬浮液的接触表面上，具有基本上对应于悬浮液的折射率的折射率，优选偏离悬浮液的折射率≤0.1(优选≤0.05)的折射率。

流动池可以像在WO 2007/074038A1中描述的测量池一样构造并且也可以是WO2007/074038A1中描述的测量芯片的一部分。这具有散射体积与检测器之间的路径减小(反射减小)的优点，因此用于实施该方法的设备可以被构造为小型且节省空间(小型化)。此外，这里散射的电磁辐射以网状的形式在不同散射角度方向分开，可以通过充满空气或吸收光的介质的中间空间来传导。

优选地，驱动设备适合于以0.02至2ml/min(优选0.04至1ml/min，特别优选0.1至0.5ml/min，特别是0.2至0.3ml/min)的流量移动所述悬浮液通过所述流动池，优选以层流分布。具有小流量的流动池可以用时间分辨数据照片在更长的时间范围内识别出更大的粒子作为时间分辨的附加峰，同时这些粒子跨过光束。

计算单元可以适合于在检测散射强度之前校准检测器，优选校准补偿检测器的实际位置与检测器的理想位置的偏差。通过计算单元的这种适用性，可以校正设备的制造公差，由此增加了测量方法的准确度。

在一个优选实施方式中，从散射点到至少一个检测器的至少一个辐射路径是相对于从散射点到至少一个相邻检测器的辐射路径光学分离的，优选通过对电磁辐射不透明的屏幕，沿着辐射路径，该屏幕特别优选具有抗反射表面，特别是包含黑色凝胶或黑色珐琅质或由其组成的抗反射表面。结果，可以抑制沿着辐射路径光波导壁上的全反射，以至于只有散射光子到达相应的检测器，其以所需的散射角向前直线前进。

该设备可以适用于实施以下步骤：

a)悬浮液移动通过流动池；

b)检测流动池中悬浮液的电磁辐射的散射强度；

c)空气或另一种合适的分离介质通过流动池的运动，用于空间分离悬浮液和参比液；

d)由没有颗粒的悬浮液组成的参比液移动通过流动池；

e)检测流动池中参比液的电磁辐射的散射强度；和

f)从悬浮液测定的散射强度中减去参比液测量的散射强度；

优选重复步骤a)至f)几次。

检测器可以涉及硅检测器和/或CCD传感器(优选Si检测器)、具有或不具有后续阻抗放大器的雪崩光电二极管阵列和/或雪崩光电二极管。

该设备可以适于利用电子数据滤波器(优选直方图滤波器)来校正检测到的散射强度，其特别优选参考尺寸大于100nm的粒子的信号，特别是通过减去这些信号校正散射强度。

辐射源可以

a)适合发射波长在250nm至800nm，优选320nm至500nm，特别优选360nm至450nm，特别是380nm至420nm范围内的波长；和/或

b)适合发射单色电磁辐射；

c)适合发射平行或垂直于所述运动直线的线性极化光；和/或

d)包括激光光源，优选为激光二极管，或由其组成。

计算单元可以被配置成基于廷德尔效应来确定颗粒的平均尺寸。

此外，该设备可以包括用于从包含液体和尺寸≤1μm(优选≤500nm，特别优选≤200nm，任选≤100nm)的颗粒以及尺寸＞1μm(优选＞500nm，特别优选＞200nm，任选＞100nm)的颗粒的悬浮液中，分离出尺寸＞1μm(优选＞500nm，特别优选＞200nm，任选＞100nm)的颗粒的膜。预滤过的悬浮液(例如孔径200nm或100nm)因此可以到达流动池，结果进一步改善了关于小直径颗粒的测量灵敏度。

辐射源可以

i)沿照射直线布置；或

ii)相对于照射直线成角度地布置，并且该布置可以包括至少一个反射镜，该反射镜被布置以使得辐射源的电磁辐射偏转到照射直线上。

具有反射镜的布置的优点在于，辐射源不需要布置在与流动池相交的平面中。因此，辐射源也可以布置在流动池的下方或上方，这使得设备的结构更加紧凑。

根据本发明的主题旨在参考随后的图和实例更详细地解释，而不希望将所述主题限制于这里所示的具体实施例。

图1示出了根据本发明设备的几何布置的示意图。从图呈现出，流动池1，辐射源3以及在根据本发明的方法中或在根据本发明的设备中使用的单个检测器D1，D2，D3，D4，D5，D6。通过辐射源3，线性极化电磁辐射沿着照射直线4指引到流动池1上。具有待测量颗粒的悬浮液沿着运动直线2引导通过流动池，运动直线2垂直于照射直线4。在流动池1周围平行于照射直线4并垂直于运动直线2的平面中,第一检测器D1，第二检测器D2，第三检测器D3，第四检测器D4，第五检测器D5和第六检测器D6被布置，这些检测器分别测量第一、第二、第三、第四、第五角度处的散射强度以及第六角度处的照射强度。根据第一至第四角度处的散射强度，根据本发明确定平均回转半径〈rg〉。为了确定悬浮液中的颗粒浓度，此外，需要考虑第五角度(相对于照射直线4为90°)处的散射强度以及第六角度(相对于照射直线4为180°)处的照射强度。

图2示出了根据本发明的另一设备的几何布置的示意图。流动池1、辐射源3和个体，这里是20个检测器D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11，D12，D13，D14，D15，D16，D17，D18，D19，D20的布置被举例说明。检测器D1和D2，D3和D4，D5和D6，D7和D8，D9和D10，D11和D12，D13和D14，D15和D16，D17和D18，D19和D20分别形成确定角度θ₁及其相关角度180°-θ₁的多对值。通过辐射源3，线性极化电磁辐射沿照射直线4指引到流动池1上。含待测量颗粒的悬浮液沿着运动直线2被引导通过流动池，运动直线2垂直于照射直线4。在流动池1周围平行于照射直线4且垂直于运动直线2的平面中，总共布置20个检测器D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11，D12，D13，D14，D15，D16，D17，D18，D19，D20，这些检测器分别测量第一个到第二十个角度处的散射强度。第二十一检测器D(0°)测量照射强度，第二十二检测器D(90°)测量90°散射强度。根据第一个到第二十个角度的散射强度，确定平均回转半径<r_g>。为了确定悬浮液中的颗粒浓度，此外，需要考虑第二十二角度(相对于照射直线4为90°)处的散射强度以及第二十一角度(相对于照射直线4为180°)处的照射强度。

实施例1-平均回转半径<r_g>的计算

平均回转半径<r_g>由较大粒子上平均且校正的强度值计算，该强度值对应于不对称方法且来自于相对于运动直线对称设置的两个对应测量角度的数据。

适用于：

Z_i＝I_θi/I_180°-θi＝P(θ_i)/P(180°-θ_i)，

其中，

I_θi/I_180°-θi：在相应角度测量的强度的商；

P(θ_i)/P(180°-θ_i)：形状因子的商，对应于角度θi和180°-θ_Ii，其取决于颗粒的形状及其大小，并且从其可以计算平均回转半径。

如果颗粒和水之间以及颗粒本身之间的相互作用小得可以忽略，则通过P(θ_i)/P(180°-θ_i)计算平均回转半径函数。

否则适用：

I_θi/I_180°-θi＝P(θ_i)/P(180°-θ_i)·[1-f(A₂,c,M_p)·(P(θ_i)/P(180°-θ_i))]，

其中，

f(A₂,c,M_p)＞0；

A2：第二维里系数(负责相互作用)；

c：颗粒的浓度；

M_p：颗粒的分子量。

通常，这是根据Zimm方法计算的。根据本发明，相互作用是根据两对角度Z₁和Z₂的θ_i和180°-θ_i的商的角度依赖测量来计算的。从Z₁和Z₂，确定差值(Z₁-Z₂)，值(Z₁/Z₂-1)以及Z₁和Z₂的平均值。

对于小颗粒尺寸(d/λ＜0.25,，其中d：颗粒直径和λ：波长)，适用：

Z₁＝P(θ₁)/P(180°-θ₁).[1-f(A₂,c,M_p).(P(θ₁)/P(180°-θ₁))]；

Z₂＝P(θ₂)/P(180°-θ₂).[1-f(A₂,c,M_p).(P(θ₂)/P(180°-θ₂))]；

ΔZ＝P(θ₁)/P(180°-θ₁)-P(θ₂)/P(180°-θ₂)-f(A₂,c,M_p).([(P(θ₁)/P(180°-θ₁)]-(P(θ₂)/P(180°-θ₂))])；

在θ₁和θ₂相对较近的情况下，适用：

[P(θ₁)-P(180°-θ₁)]–[P(θ₂)-P(180°-θ₂)]＜＜P(θ₁)-P(180°-θ₁)；和

[P(θ₁)-P(180°-θ₁)]–[P(θ₂)-P(180°-θ₂)]＜＜P(θ₂)-P(180°-θ₂)；因此

ΔZ≈P(θ₁)/P(180°-θ₁)-P(θ₂)/P(180°-θ₂)–在颗粒间相互作用的情况下商→0的差数)。

那么适用于商：

Z₁/Z₂＝P(θ₁)/P(θ₂).P(180°-θ₂)/P(180°-θ₁).[(1-f(A₂,c,M_p).(P(θ₁)-P(180°-θ₁))][(1-f(A₂,c,M_p).(P(θ₂)/P(180°-θ₂))]-1；

其中，

(1-f(A₂,c,M_p)·(P(θ₁)-P(180°-θ₁))≈(1-f(A₂,c,M_p)·(P(θ₂)/P(180°-θ₂))；

和

Z₁/Z₂–1＝P(θ₁)/P(θ₂).P(180°-θ₂)/P(180°-θ₁)–1＜1,在颗粒间相互作用的情况下，商Z₁和Z₂的比率→0)。

因此适用于理想的情况和d/λ＜0.25：

ΔZ≈Z₁/Z₂–1；

由于通过ΔZ和(Z₁/Z₂–1)的形成f(A₂,c,M_p)的影响被减小到可忽略的小值，因此可以根据两个测量的Z的平均值计算粒度。这根据以下相互关系来实现：

[ΔZ+Z₁/Z₂–1]/2

实施例2-粒子浓度的计算

然后可以从角度依赖的测量强度计算浓度。为了补偿制造和定位误差，使用至少五个(可选地还有六个)散射角测量强度。

适用于：

K/R(θ₁)＝1/(M_p.P(θ₁).c)+2A2₁/P/V；

K/R(θ₂)＝1/(M_p.P(θ₂).c)+2A2₂/P/V；

其中，

K＝常数；

P＝(1+cos²θ_i)/2r²；

r＝检测池到检测器或反射镜的间距；

R(θ_i)＝[(I_分析–I_参比)/I₀)]_θI；

V＝散射体积。

此外，这适用于：

K/R(θ₁)-K/R(θ₂)＝1/(M_p.c).[1/P(θ₁)–1/P(θ₂)]；

c＝1/(M_p·K).[1/P(θ₁)–1/P(θ₂)]/[1/R(θ₁)–1/R(θ₂)]；和

2A₂＝(K/R(90°)–(1/(c·M_p·P(90°)))；

然后从五个角度得出10个浓度的平均值，然后计算标准偏差。标准偏差提供了该方法准确度的测量，因此可以得出关于根据本发明设备与系统有关的不准确性的结论(例如，检测器或反射镜从理想角度的轻微偏差、构造条件)，其可以通过相应的校准来补偿。