近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员开发出一种新的数学公式，可更准确地计算溶液中悬浮粒子的浓度。该方法比现有技术精度更高，可用于为患者精准给药、测定海水中纳米塑料的含量、确保食品添加剂用量准确等多种场景。
相关成果发表于《Analytical Chemistry》期刊（10.1021/acs.analchem.4c05990）。
“这一新公式有望推动纳米技术在食品包装保鲜、微芯片及电子器件制造等领域的应用，”参与测试的NIST工程师Elijah Petersen表示，“它通过修正‘粒子尺寸均一’这一常见假设带来的偏差，显著提高了现有方法的准确性。”
粒子数浓度（particle number concentration）指单位体积气体或液体中所含粒子的数量，通常以“每立方厘米的粒子数”表示。
测定溶液中悬浮粒子浓度的一种常用方法是利用两个变量：溶液中粒子的总质量和粒子尺寸。然而，实际粒子的尺寸并不完全一致，这种差异称为粒径分布（size distribution）。
现有数学方法仅在粒子尺寸几乎均一时才表现良好；当粒子尺寸差异显著时，结果往往失真。
为说明粒径分布的重要性，可以想象一个猜糖果数量的游戏：如果罐子里全是大小一致的M&M’s 巧克力，你可以用简单公式快速估算总数；但若混入了大块的Kit Kat和Reese’s花生酱杯，就必须换一种方法来避免严重偏差。
由前NIST研究员Natalia Farkas推导的新公式，正是将粒径分布这一变量纳入计算，从而获得更准确的浓度结果。
为验证新公式，研究人员将其应用于水中金纳米颗粒样品。NIST科学家此前已用多种实验手段对这些样品进行了充分表征，获得了高度准确的粒子数浓度基准值。结果显示，旧公式将浓度高估约6%，而新公式的误差控制在1%以内。
随后，团队把新公式用于更具实用价值的场景——食品抗结剂。与粒径分布较窄的金纳米颗粒不同，该抗结剂中的颗粒尺寸差异巨大。在此例中，新旧公式给出的估算值最大可相差 36%。
“计算粒子数浓度的方法不止一种，”Petersen表示，“选对公式至关重要。”
