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2020年的新年期間，因為一場突如其來的疫情注定被歷史銘記。短短的50多天，從武漢市不明肺炎報告的出現到全國8萬多人確診感染，從武漢華南市場出發隨著人口流動蔓延到全世界各個角落……

口罩和自由成了奢侈品，每個人都在這場疫情危機中學會了“勤洗手、戴口罩、不聚集”的生活習慣，也增長了對“納米制劑”“納米銀口罩”“納米銀噴霧”等新名詞的認知：

國家納米工程中心利用納米技術在病毒檢測和治療方面“穩、準、狠”的技術特點，利用共享的病毒基因序列開發冠狀病毒核酸快速檢測試劑盒及檢測系統利用膠體金標記的冠狀病毒抗體快速檢測層析芯片及閱讀儀，使得病毒檢測時間縮短到半小時以內。

上海復旦團隊研制的仿生納米顆粒PS-GAMP可誘導肺組織常駐記憶T細胞的產生，進而引發較強的異型免疫，增強疫苗防護作用，有望成為通用流感疫苗的粘膜佐劑。

俄羅斯科學家研發了以具有抗菌特性的納米銀為主要成分，使用熔噴工藝制備而成的新材料口罩，其防護時效可達10小時，為常規醫用口罩的10倍。

上海大學材料學院科研團隊開發一種具有“自我消毒”功能的納米銀滅毒噴霧樣品，應用在學校的公用設施表面。該納米銀噴霧使用方便、安全無毒、零刺激、具備能夠持久殺滅病毒的能力。

▲ 歐美克NS-90納米粒度分析儀

納米粒度儀采用的是動態光散射的原理，簡單來說就是通過測量納米顆粒在液體介質中的布朗運動導致的散射光強的快速漲落來實現粒徑的等效檢測。基本原理是：小顆粒的布朗運動速度快使得散射光強漲落速率快；大顆粒的布朗運動速度慢導致散射光強漲落速率慢。

▲ 斯托克斯-愛因斯坦方程

光電探測器接收到散射光強度的即時信號，同時將信號輸送到儀器內的光子相關器進行數據的延時相關性分析處理，從而得到各項納米粒徑測試結果。儀器的兩大核心技術是：連續地在極短時間內準確檢測并記錄極其微弱且快速變化的動態光散射強度信號；根據信號的時間相關性，經過復雜的數學模型分析計算后解析出相關的顆粒等效流體力學粒度數據。

目前納米粒度儀主流使用的探測器有兩種：一是PMT光電倍增管，二是雪崩式光子計數器APD。

PMT光電倍增管它是一種真空光電器件（真空管）。它的工作原理是建立在光電效應（光電發射）、二次電子發射、電子光學理論基礎上的。PMT光電倍增管已經面世多年，其生產工藝及應用技術已經非常成熟穩定，但是已經很難再有更上一層樓的技術進步。它最主要的優點就是技術成熟，不足之處在于靈敏度稍低和背景電噪聲不穩定。

歐美克NS-90國內獨家主配的雪崩式單光子計數器APD是利用載流子的雪崩效應通過光子計數方式極大提高了檢測的靈敏度。APD與已經廣泛使用的光電倍增管(PMT)相比，APD單光子計數得到的是0和1組成的數字矩陣，對微弱光子信號的長時間積分不會引入熱噪聲，加之其信號的傳輸不需要經過模數和數模轉換減少了隨機噪聲等誤差源，使得其噪音極低，量子效率超高，并可以在高增益下保持良好的信噪比。

▲ 納米粒度儀使用的兩種類型光電檢測器對比

粒度檢測是一種等效檢測，用不同檢測原理的儀器得到的粒度分布數據是一種等效值。而采用動態光散射技術的納米粒度儀得到的粒度數據正是根據斯托克斯-愛因斯坦方程得出的流體力學等效直徑（粒徑）。

NS-90納米粒度分析儀軟件的標準報告中提供了多種粒度結果，通常包括Z-average、PDI、Intensity PSD、Volume PSD、Number PSD等。

Z-average是粒徑光強平均值，PDI是分散指數（分布寬度參數），這兩個值是通過分析光子相關性方程反演得到，Z-average是動態光散射技術中得到的最重要、最穩定的數據。

Intensity PSD（粒徑光強分布，簡稱光強分布）則是通過另一種方式，即多指數分析得到的分布式粒徑統計，也是納米材料粒徑分析的重要參考指標。Intensity PSD通過Mie理論，可以將其轉化為Volume PSD（體積分布），并可以進一步將這種體積分布轉化為Number PSD（數量分布）。

散射光的強度遵循瑞利散射定律，與顆粒直徑的六次方成正比，這就是說同樣數量的直徑相差10倍的兩種顆粒，大顆粒的光強信號是小顆粒的100萬倍。所以用動態光散射來測量粒徑就要求所測樣品的分布盡量窄，否則小顆粒的信號就極容易被大顆粒覆蓋。理論上少數PDI大于0.7的寬分布或多分布樣品，動態光散射原理進行測量結果的可信度較低。

觀察一份報告上的這三個數據，通常會發現Number PSD結果最小，Intensity PSD，Volume PSD都大很多。從原理上來說，Intensity PSD才是儀器得到的原始的、直接計算的粒度分布。Volume PSD，Number PSD都是以光強分布為基礎進一步計算而來的，而且計算需要用到所測顆粒準確的光學參數，才能保證其結果的準確性。

至于為什么這三種分布差異這么大？舉例來說，如果把60nm 和 220nm 聚苯乙烯乳液標樣1:1 體積混合，那么在三種分布中各自的比例變化如下方圖表所示意。

▲ 三種分布中各自的比例變化

由上述圖片可看出，如果樣品的分布是非常窄的單峰，那么三種分布不會有非常大的差異；但是樣品的分布寬或者是多峰，在轉化過程中體積和數量分布會非常不同，小顆粒的權重會大大的增加。

對于單峰的樣品，通常用Z-average來報道樣品結果；而多峰分布的樣品，則要注意根據“質量報告”提示，通常 提供Intensity PSD中的各峰值大小。Volume PSD，Number PSD的準確性依賴于用戶輸入的光學參數，在多數情況下準確的結果獲取有一定難度。