噴嚏、雨云和噴墨打印機(jī)：它們都會(huì)產(chǎn)生或含有微小的液滴，以至于需要數(shù)十億個(gè)液滴才能裝滿一升瓶子。
測(cè)量微小液滴的體積、運(yùn)動(dòng)和內(nèi)容對(duì)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(yáng)光以冷卻地球、噴墨打印機(jī)如何創(chuàng)建精細(xì)的圖案，甚至汽水瓶碎片變成納米級(jí)塑料顆粒，污染海洋。
通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的校準(zhǔn)，美國(guó)國(guó)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(cè)量了小于 100 萬(wàn)億分之一升的單個(gè)液滴的體積。這比以前的測(cè)量提高了十倍。
由于光學(xué)顯微鏡可以直接對(duì)小物體的位置和尺寸進(jìn)行成像，因此它們的測(cè)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(duì)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(kāi)發(fā)了新的標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)。他們還設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，他們可以使用顯微鏡和稱為重力測(cè)量的獨(dú)立技術(shù)同時(shí)測(cè)量飛行中微滴的體積。
重量法通過(guò)稱量容器中積累的許多微滴的總質(zhì)量來(lái)測(cè)量體積。如果控制液滴的數(shù)量并測(cè)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(lái)計(jì)算一個(gè)液滴的平均體積。盡管這是有價(jià)值的信息，因?yàn)橐旱蔚拇笮】赡軙?huì)有所不同，但通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)單個(gè)液滴進(jìn)行成像可以實(shí)現(xiàn)更直接和更完整的測(cè)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(cè)量很容易與國(guó)際單位制 (SI) 聯(lián)系起來(lái)，并且具有很高的可信度。這種測(cè)量是最可靠的，因?yàn)檫@些單位是基于自然的基本常數(shù)，不會(huì)隨時(shí)間變化。因此，該團(tuán)隊(duì)使用重量法來(lái)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(cè)試了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體來(lái)模擬微滴并校準(zhǔn)圖像邊界。對(duì)于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體，精確測(cè)量其邊緣之間的距離可以校準(zhǔn)相應(yīng)的圖像邊界。
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