靜態(tài)光散射、動(dòng)態(tài)光散射、電泳光散射原理和實(shí)用性

第一：1、什么是光散射現(xiàn)象

什么是光散射現(xiàn)象光線通過不均一環(huán)境時(shí)，發(fā)生的部分光線改變了傳播方向的現(xiàn)象被稱作光散射，這部分改變了傳播方向的光稱作散射光。宏觀上，從陽光被大氣中空氣分子和液滴散射而來的藍(lán)天和紅霞到被水分子散射的蔚藍(lán)色海洋，光散射現(xiàn)象本質(zhì)都是光與物質(zhì)的相互作用。

2、顆粒與光的相互作用

微觀上，當(dāng)一束光照在顆粒上，除部分光發(fā)生了散射，還有部分發(fā)生了反射、折射和吸收，對(duì)于少數(shù)特別的物質(zhì)還可能產(chǎn)生熒光、磷光等。當(dāng)入射光為具有相干性的單色光時(shí)，這些散射光相干后形成了特定的衍射圖樣，米氏散射理論是對(duì)此現(xiàn)象的科學(xué)表述。如果顆粒是球形，在入射光垂直的平面上觀察到稱為艾里斑的衍射圖樣。

第二：激光粒度儀原理

光散射的空間分布探測(cè)分析

當(dāng)我們觀察不同尺寸的顆粒形成的艾里斑時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)顆粒的尺寸大小與中間的明亮區(qū)域大小一般成反相關(guān)。現(xiàn)代的激光粒度儀設(shè)計(jì)中，通過在垂直入射光的平面距中心點(diǎn)不同角度處依次放置光電檢測(cè)器進(jìn)行粒子在空間中的光能分布進(jìn)行探測(cè)，將采集到的光能通過相關(guān)米氏散射理論反演計(jì)算，就可以得出待分析顆粒的尺寸了。這種以空間角度光能分布的測(cè)量分析樣品顆粒分散粒徑的儀器即是靜態(tài)光散射激光粒度儀，由于測(cè)試范圍寬、測(cè)試簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，該方法儀器使用zui廣泛，通常被簡(jiǎn)稱為激光粒度儀。根據(jù)激光波長(zhǎng)（可見光激光波長(zhǎng)在幾百納米）和顆粒尺寸的關(guān)系有以下幾種情況：

1當(dāng)顆粒尺寸遠(yuǎn)大于激光波長(zhǎng)時(shí)，艾里斑中心尺寸與顆粒尺寸的關(guān)系符合米氏散射理論在此種情況下的近似解，即夫瑯和費(fèi)衍射理論，老式激光粒度儀亦可以通過夫瑯和費(fèi)衍射理論快速準(zhǔn)確地計(jì)算粒徑分布。

2光電探測(cè)器是激光粒度儀的關(guān)鍵器件，在激光粒度儀的制造成本中占據(jù)著較高的比例。光電探測(cè)器的性能直接影響儀器的測(cè)試性能。我們也通過一些實(shí)際樣品的測(cè)試，考察不同成本探測(cè)器對(duì)測(cè)試性能的影響。在儀器光路、反演算法、探測(cè)器幾何設(shè)計(jì)和布局相同的情況下，分別使用低成本(國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商)和高成本(進(jìn)口供應(yīng)商)的探測(cè)器，對(duì)比測(cè)試了乳膠微球，混合樣品，實(shí)際工業(yè)樣品等，考察測(cè)試結(jié)果的差異。

總的來說，激光粒度儀一般zui適于亞微米至毫米級(jí)顆粒的分析。

第三：納米粒度儀原理光散射的時(shí)域漲落探測(cè)（動(dòng)態(tài)光散射）分析

對(duì)于小于激光波長(zhǎng)的懸浮體系納米顆粒的測(cè)量，一般通過對(duì)一定區(qū)域中測(cè)量納米顆粒的不定向地布朗運(yùn)動(dòng)速率來表征，動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)被用于此時(shí)的布朗運(yùn)動(dòng)速率評(píng)價(jià)，即通過散射光能漲落快慢的測(cè)量來計(jì)算。顆粒越小，顆粒在介質(zhì)中的布朗運(yùn)動(dòng)速率越快，儀器監(jiān)測(cè)的小區(qū)域中顆粒散射光光強(qiáng)的漲落變化也越快。然而，當(dāng)顆粒大至微米極后，顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)速率顯著降低，同時(shí)重力導(dǎo)致的顆粒沉降和容器中介質(zhì)的紊流導(dǎo)致的顆粒對(duì)流運(yùn)動(dòng)等均變得無法忽視，限制了該粒徑測(cè)試方法的上限。基于以上原因，動(dòng)態(tài)光散射的納米粒度儀適宜測(cè)試零點(diǎn)幾個(gè)納米至幾個(gè)微米的顆粒。

第三：Zeta電位儀原理電泳中顆粒光散射的相位探測(cè)分析

納米顆粒大多有較活潑的電化學(xué)特性，納米顆粒在介質(zhì)中滑動(dòng)平面所帶的電位被稱為Zeta電位。當(dāng)在樣品上加載電場(chǎng)后，帶電顆粒被驅(qū)動(dòng)做定向地電泳運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度與其Zeta電位的高低和正負(fù)有關(guān)。與測(cè)量布朗運(yùn)動(dòng)類似，納米粒度儀可以測(cè)量電場(chǎng)中帶電顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)速度表征顆粒的帶電特性。通常Zeta電位的絕對(duì)值越高，體系內(nèi)顆?；ハ嗯懦?，更傾向與穩(wěn)定的分散。由于大顆粒帶電更多，電泳光散射方法適合測(cè)量2nm-120um范圍內(nèi)的顆粒Zeta電位。

Nano9200SZ 納米粒度及電位分析儀在一個(gè)緊湊型裝置儀器中集成了三種技術(shù)進(jìn)行液相環(huán)境顆粒表征，包括：利用動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量納米粒徑，利用電泳光散射測(cè)量Zeta電位，利用靜態(tài)光散射測(cè)量分子量。同時(shí)增加了溫度趨勢(shì)、時(shí)間趨勢(shì)以及粘度的測(cè)試功能

第四：如何根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的儀器

為了區(qū)分兩種光散射粒度儀，激光粒度儀有時(shí)候又被稱作靜態(tài)光散射粒度儀，而納米粒度儀有時(shí)候也被稱作動(dòng)態(tài)光散射粒度儀。

需要說明的是，由于這兩類粒度儀測(cè)量的是顆粒的散射光，而非對(duì)顆粒成像。如果多個(gè)顆粒互相沾粘在一起通過檢測(cè)區(qū)間時(shí)，會(huì)被當(dāng)作一個(gè)更大的顆?？创?。因此這兩種光散射粒度儀分析結(jié)果都反映的是顆粒的分散粒徑，即當(dāng)顆粒不wanquan分散于水、有機(jī)介質(zhì)或空氣中而形成團(tuán)聚、粘連、絮凝體時(shí)，它們測(cè)量的結(jié)果是不wanquan分散的聚集顆粒的粒徑。綜上所述，在選購粒度分析儀時(shí)，基于測(cè)量的原理宜根據(jù)以下要點(diǎn)進(jìn)行取舍：1樣品的整體顆粒尺寸。根據(jù)具體質(zhì)量分析需要選擇對(duì)所測(cè)量尺寸變化更靈敏的技術(shù)。通常情況下，激光粒度儀適宜亞微米到幾個(gè)毫米范圍內(nèi)的粒徑分析；納米粒度儀適宜全納米亞微米尺寸的粒徑分析，這兩種技術(shù)測(cè)試能力在亞微米附近有所重疊。


1、樣品的顆粒離散程度。

一般情況下兩種儀器對(duì)于單分散和窄分布的顆粒粒徑測(cè)試都是可以輕易滿足的。對(duì)于顆粒分布較寬，即離散度高/顆粒中大小尺寸粒子差異較大的樣品，可以根據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的需求選擇合適的儀器。例如要對(duì)納米鈣的分散性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，關(guān)注其微米級(jí)團(tuán)聚顆粒的含量與納米顆粒的含量比例，有些工藝不良的情況下團(tuán)聚的顆粒可能達(dá)到十微米的量級(jí)，激光粒度儀對(duì)這部分尺寸和含量的評(píng)價(jià)真實(shí)性更高一些。如果需要對(duì)納米鈣的沉淀工藝進(jìn)行優(yōu)化，則需要關(guān)注的是未團(tuán)聚前的一般為幾十納米的原生顆粒，可以通過將團(tuán)聚大顆粒過濾或離心沉淀后，用納米粒度儀測(cè)試，結(jié)果可能具有更好的指導(dǎo)性，當(dāng)然條件允許的情況下也可以選用沉淀漿料直接測(cè)量分析。有些時(shí)候樣品中有少量幾微米的大顆粒，如果只是定性判斷，納米粒度儀對(duì)這部分顆粒產(chǎn)生的光能更敏感，如果需要定量分析，則激光粒度儀的真實(shí)性更高。對(duì)于跨越納米和微米的樣品，我們經(jīng)常需要合適的進(jìn)行樣品前處理，根據(jù)質(zhì)量目標(biāo)選用zuijia質(zhì)控性能的儀器之一。


2、測(cè)試樣品的狀態(tài) 。 

激光粒度儀適合粉末、乳液、漿料、霧滴、氣溶膠等多種顆粒的測(cè)試，納米粒度儀適宜膠體、乳液、蛋白/核酸/聚合物大分子等液相樣品的測(cè)試。通常激光粒度儀在樣品濃度較低的狀態(tài)下測(cè)試，對(duì)于顆粒物含量較高的樣品及粉末，需要在測(cè)試介質(zhì)中稀釋并分散后測(cè)試。對(duì)于在低濃度下容易團(tuán)聚或凝集的樣品，通常使用內(nèi)置或外置超聲輔助將顆粒分散，分散劑和穩(wěn)定劑的使用往往能幫助我們更好的分離松散團(tuán)聚的顆粒并避免顆粒再次團(tuán)聚。納米粒度儀允許的樣品濃度范圍相對(duì)比較廣，多數(shù)樣品皆可在原生狀態(tài)下測(cè)試。對(duì)于稀釋可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的樣品，如果測(cè)試尺寸在兩者都許可的范圍內(nèi)，優(yōu)先推薦使用納米粒度儀，通常他的測(cè)試許可濃度范圍更廣得多。


3、制劑穩(wěn)定性相關(guān)的表征。

顆粒制劑的穩(wěn)定性與顆粒的尺寸、表面電位、空間位阻、介質(zhì)體系等有關(guān)。一般來說，顆粒分散粒徑越細(xì)越不容易沉降，因此顆粒間的相互作用和團(tuán)聚特性是對(duì)制劑穩(wěn)定性考察的重要一環(huán)。當(dāng)顆粒體系不穩(wěn)定時(shí)，則需要選用顆粒聚集/分散狀態(tài)粒徑測(cè)量相適宜的儀器。


4、顆粒的綜合表征。

顆粒的理化性質(zhì)與多種因素有關(guān)，任何表征方法都是對(duì)顆粒的某一方面的特性進(jìn)行的測(cè)試分析。要準(zhǔn)確且更系統(tǒng)地把控顆粒產(chǎn)品的應(yīng)用質(zhì)量，可以將多種分析方法的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，也可以輔助解答某一方法在測(cè)試中出現(xiàn)的一些不確定疑問。例如結(jié)合圖像儀了解激光粒度儀測(cè)試時(shí)樣品分散是否充分，結(jié)合粒徑、電位、第二維利系數(shù)等的分析綜合判斷蛋白制劑不穩(wěn)定的可能原因等。