NIST 提高了光學(xué)顯微鏡測量微滴體積的能力

噴嚏、雨云和噴墨打印機：它們都會產(chǎn)生或含有微小的液滴，以至于需要數(shù)十億個液滴才能裝滿一升瓶子。

測量微小液滴的體積、運動和內(nèi)容對于研究空氣傳播的病毒如何傳播(包括導(dǎo)致 的病毒)、云如何反射陽光以冷卻地球、噴墨打印機如何創(chuàng)建精細(xì)的圖案，甚至汽水瓶碎片變成納米級塑料顆粒，污染海洋。

通過改進(jìn)傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的校準(zhǔn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 的研究人員首次以小于 1% 的不確定性測量了小于 100 萬億分之一升的單個液滴的體積。這比以前的測量提高了十倍。

由于光學(xué)顯微鏡可以直接對小物體的位置和尺寸進(jìn)行成像，因此它們的測量值可用于確定球形微滴的體積(與直徑的立方成正比)。然而，光學(xué)顯微鏡的準(zhǔn)確性受到許多因素的限制，例如圖像分析對液滴邊緣與周圍空間之間邊界的定位能力。

為了提高光學(xué)顯微鏡的精度，NIST 研究人員為這些儀器開發(fā)了新的標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)。他們還設(shè)計了一個系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，他們可以使用顯微鏡和稱為重力測量的獨立技術(shù)同時測量飛行中微滴的體積。

重量法通過稱量容器中積累的許多微滴的總質(zhì)量來測量體積。如果控制液滴的數(shù)量并測量密度(每單位體積的質(zhì)量)，則可以使用標(biāo)尺上記錄的總質(zhì)量來計算一個液滴的平均體積。盡管這是有價值的信息，因為液滴的大小可能會有所不同，但通過光學(xué)顯微鏡對單個液滴進(jìn)行成像可以實現(xiàn)更直接和更完整的測量。

盡管如此，稱量容器內(nèi)的物品是一種行之有效的方法，而且重量測量很容易與國際單位制 (SI) 聯(lián)系起來，并且具有很高的可信度。這種測量是最可靠的，因為這些單位是基于自然的基本常數(shù)，不會隨時間變化。因此，該團(tuán)隊使用重量法來檢查顯微鏡在確定液滴尺寸方面的可靠性。

為了提高定位微滴邊緣的準(zhǔn)確性，研究人員測試了兩個標(biāo)準(zhǔn)物體來模擬微滴并校準(zhǔn)圖像邊界。對于每個標(biāo)準(zhǔn)物體，精確測量其邊緣之間的距離可以校準(zhǔn)相應(yīng)的圖像邊界。

標(biāo)簽：