炭黑粒徑（含“原始粒子/原子團粒徑”和“聚集/團聚體尺寸”）的常用測量方法做成一份可直接落地的技術指南，包含每種方法的用途、原理、詳細樣品制備步驟、儀器參數、數據處理與報告要求、常見問題與解決辦法。如果你要把某一項做成 SOP（可打印 PDF/Word），告訴我我就直接給出可下載文件。

一、先說清楚：要測“哪種粒徑”？

原始粒子（primary particle）：單個炭黑顆粒的真實直徑（通常 10–100 nm）。最佳方法：TEM（透射電鏡）/HR-TEM / SAXS。

聚集體/團聚體（aggregate/agglomerate）：若干原始粒子緊密連接形成的鏈狀或球形集合體（幾十 nm — μm）。最佳方法：SEM / TEM（低倍）/ 激光衍射（LD）/ 光阻尼粒度儀（LD）。

水相分散的水動力學直徑：懸浮在液相中的“水合直徑”，適用于分散態測量：DLS（動態光散射）。

測量前先明確用途（材料表征 / 產品驗收 / 過程控制），再選擇方法與報告指標（平均值、D10/D50/D90、PSD 曲線、數/體積分布等）。

二、方法詳述（含操作步驟與關鍵參數）

1) TEM（透射電鏡）—— 測原始粒子尺寸的“金標準”

適用：測 primary particle（10–100 nm）尺寸、形貌、晶體結構（若需要）。
優點：分辨率高、能直視單個顆粒。缺點：代表性受取樣影響、樣品制備需小心、耗時。

樣品制備（干法→濕法常用濕法）

稱取樣品：約 0.5–2.0 mg 炭黑。

溶劑與分散：置于 2–5 mL 乙醇或異丙醇（IPA） 中（或去離子水+少量表面活性劑如 0.01–0.1% SDS / Triton X-100），超聲分散 5–15 min（間歇，冰浴防過熱）。

取少量上清（避免挑取大團聚物），將 3–5 μL 滴在 碳膜銅網格（carbon-coated Cu grid） 上，室溫晾干或微波/真空干燥短時間。

若需增強對比可做低劑量成像或負染（一般炭黑不需要染色）。

儀器參數：加速電壓 80–200 kV（設備而定），放大倍數視粒徑 50k–200k。

采圖：每個樣品至少拍 10–20 張圖（不同視野、不同放大倍數），優先取隨機區域避開明顯大團聚。

圖像分析：用 ImageJ / FIJI 等進行閾值分割與顆粒計數/測線徑。至少測 200–500 個原始顆粒以保證統計學代表性。

數據報告

報數值：算術平均直徑、數均（D?）、中值（D50）、標準差、D10/D90、粒徑分布直方圖（bin width 明確）。

附 TEM 原圖（代表性），并說明采樣、超聲條件、統計粒數與分析軟件與閾值設定。

常見問題

顆粒重疊/團聚影響測量：減小加載量與超聲強度，取上清。

電子束損傷/炭黑殘跡：用低劑量成像、短曝光。

2) SEM（掃描電子顯微鏡）—— 測聚集體與表面形貌

適用：觀測 aggregate / agglomerate（幾十 nm — μm）、團聚狀態、表面形貌。
優點：景深大、易操作。缺點：分辨率不如 TEM，需導電/噴金或采用低真空。

樣品制備

將少許炭黑撒在導電雙面膠上，或者將乙醇懸浮滴在鋁片/硅片上晾干。

若樣品非常細，建議用 離心沉積或稀釋滴涂。

若表面非導電或為高放電，做 金/碳濺射（約 5–10 nm）；對碳黑通常避免大量金屬涂層以免掩蓋細節，可用低壓/低電壓（1–5 kV）模式。

儀器參數：電壓 1–15 kV（低電壓可減少充電），放大倍數根據對象（數 kx–50 kx）。

取多張圖像，統計聚集體尺寸（ImageJ 分析），測 100–300 個聚集體。

數據報告

聚集體的體積中值 Dv50/Dn 等（若基于圖像，說明為“圖像計數/面積等效直徑”）。

給出代表性 SEM 圖像與測量方法。

常見問題

充電、條紋偽影：降低電壓或使用導電底片/鍍層。

樣品掉粉：用雙面膠固定，輕拍除自由粉。

3) 激光衍射 / 激光粒度（Laser Diffraction, LD）—— 測顆粒體積分布（適合粉體和濕分散）

適用：測量 聚集/團聚體的體積分布（0.02 μm—3 mm 取決設備），用于過程控制與體積分布指標（D10/D50/D90）。
優點：測量快速、重復性好、動態范圍寬。缺點：輸出為體/體積分布，不能直接給出 primary particle。

樣品制備（濕法常用）

分散介質：去離子水或乙醇；對于炭黑常用水+分散劑（0.01–0.1% SDS、Tween 20 等）。

初始濃度：依據儀器，通常使遮光率（obscuration）在 10–20% 為佳（參考儀器提示）。

超聲分散：短時脈沖超聲 1–5 min，防止過度粉碎或升溫。

儀器參數：檢測角度、激光波長默認；循環攪拌速率以維持均勻懸浮。

測量次數：每樣 3 次取平均，報告 Dv10/Dv50/Dv90（體積分布），并給出 PSD 曲線（體積分布與數量分布轉換需注意假設）。

數據報告

Dv10, Dv50 (median), Dv90；分布圖；樣品制備條件（分散劑、超聲能量、遮光率）。

說明該結果為“體積（或質量）加權粒徑”。

常見問題

吸光/遮光率不合適：調整濃度。

團聚未分散：增加分散劑或超聲時間，但注意不要破壞聚集體結構（如果要測真實團聚體則不應過度分散）。

4) DLS（動態光散射）—— 測水相中水動力學直徑（小尺寸敏感）

適用：測小粒徑/分散態樣品（10 nm–幾 μm），適合評估分散性與相對尺寸（hydrodynamic diameter）。
優點：樣品量少、快速。缺點：對多分散和大顆粒（>1 μm）敏感度差，結果受少量大顆粒強烈影響（強烈偏向光強）。

樣品制備

濃度極低：通常 0.001–0.01 wt%（根據儀器）以避免多重散射；過濾（0.45 μm）常用但注意會去除大團聚體。

分散介質：去離子水 + 少量表面活性劑（0.01% SDS）；超聲 1–2 min。

測量：至少 3 次平行，每次 10–30 次累計掃描；報告 Z-平均直徑、PDI（多分散指數）與強度/體積/數分布（若軟件支持）。

報告要點

Z-average (nm)、PDI、并附光強分布與體積分布的轉換說明（轉換常基于假設，可能失真）。

如 PDI>0.3，說明樣品高度多分散，結果不可靠。

常見問題

少量大顆粒導致錯誤過大：使用低速離心或過濾前處理，或結合顯微方法確認。

吸光/渾濁過高：稀釋。

5) SAXS / WAXS（小角/廣角 X 射線散射）—— 原始粒子尺寸和內部結構（科研級）

適用：研究納米級平均尺寸、孔結構、聚集體形態的無損統計學方法；對分散液或粉末均可。
優點：能給出整體統計的粒徑分布與形貌參數（如半徑、比表）。缺點：需要專業設備與模型擬合（較復雜）。

三、測量/報告指標規范建議（驗收模板）

測試方法：如 TEM（手工圖像分析，n=300）、LD（濕法，遮光率 12%）、DLS（0.005 wt% 水+0.01% SDS）

樣品預處理：干燥/烘箱 105°C×1h 或 風干、超聲時間/功率、分散劑與濃度、過濾條件

報告指標：primary particle（TEM 數均直徑 D? ± SD；測樣數 N）、聚集體 Dv10/Dv50/Dv90（LD，單位 μm）、DLS Z-average（nm，PDI）、BET（m2/g，如有）

附圖：原始 TEM/SEM 圖、PSD 曲線、操作照片（如超聲條件）

不確定度：重復性（RSD%）與方法識別度（方法檢測限/適用范圍）

四、常見誤區與如何避免

把 TEM 數均當作 LD 體積中值 → 兩者不可直接比較，必須標明加權方式（數/體積/光強）。

超聲過度導致破壞真實聚集結構 → 先明確目標：要測“原始粒子”就需要強分散；要測“實際團聚體”則盡量輕分散/不用強超聲。

DLS 給出單一數值就當真 → 若分布寬或 PDI 大，DLS 輸出可能誤導，需輔以顯微手段。

樣品代表性差 → 多點取樣、至少三批次或多個視野，統計 N 足夠大（TEM 推薦 ≥200 個顆粒）。

五、質量控制與校準建議

TEM/SEM：使用標準金屬球或標尺樣品校準像素尺寸；ImageJ 校準并記錄像素/ nm。

LD：定期用國家標準顆粒（如 NIST 標準球）校準；校核遮光率與散射模型（Mie/ Fraunhofer）所用折射率。

DLS：用標準分散粒子（如聚苯乙烯球）驗證儀器性能。

建立內部標準樣（已知 DBP/吸碘/BET/粒徑）用于日常 QC。

六、推薦測量流程（如果你現在要做一次完整表征）

先做 TEM（原始粒子）與 SEM（聚集體形貌）作為“視覺金標準”。

同樣樣品做 激光衍射（LD） 測得體積分布（工業/質量控制用 Dv50）。

若需要分散性或水相行為，再做 DLS。

同時做 BET（比表面積） 與 DBP/吸碘（表征結構）以補充形貌–表面關系。

最后把所有數據按“數/體/強度”權重標注并解釋差異。