粒徑及相關(guān)知識(shí)

粒徑的測(cè)量及相關(guān)知識(shí)生物納米與分子工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊雪一、儀器型號(hào)及結(jié)構(gòu)有下標(biāo)90的儀器，指測(cè)量粒徑和分子量的散射角為90°Zetasizer

Nano

粒徑分析儀配置633nm“紅色”激光器或532nm“綠色”激光器的型號(hào)。633nm激光器不適合用于藍(lán)色樣品測(cè)。532nm激光器不適合用于紅色樣品測(cè)量。1、zetasizer儀器2、計(jì)算機(jī)3、樣品池4、樣品測(cè)量區(qū)化學(xué)單元后面板狀態(tài)指示燈樣品池開(kāi)啟按鈕樣品池區(qū)樣品池架樣品池特點(diǎn)

測(cè)量位置可設(shè)置重復(fù)性精確度很高溫度可精確進(jìn)行控制測(cè)試前自行進(jìn)行光路校準(zhǔn)二、粒度理論動(dòng)態(tài)光散射理論Zetasizer

Nano的操作—粒徑測(cè)量1、動(dòng)態(tài)光散射理論動(dòng)態(tài)光散射（也稱為PCS--光子相關(guān)光譜）測(cè)量布朗運(yùn)動(dòng)，并將此運(yùn)動(dòng)與粒徑相關(guān)。這是通過(guò)用激光照射粒子，分析散射光的光強(qiáng)波動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。散射光波動(dòng)--如果小粒子被光源如激光照射，粒子將在各個(gè)方向散射。如果將屏幕靠近粒子，屏幕即被散射光照亮。現(xiàn)在考慮以千萬(wàn)個(gè)粒子代替單個(gè)粒子。光的明亮區(qū)域是：粒子散射光以同一相位到達(dá)屏幕，相互疊加相干形成亮斑。黑暗區(qū)域是：不同相位達(dá)到屏幕互相消減。實(shí)際上，懸浮于液體中的粒子從來(lái)不是靜止的。由于布朗運(yùn)動(dòng)，粒子不停地運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)是由于與環(huán)繞粒子的分子隨機(jī)碰撞引起的粒子運(yùn)動(dòng)。對(duì)DLS來(lái)說(shuō)，布朗運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是：小粒子運(yùn)動(dòng)快速，大顆粒運(yùn)動(dòng)緩慢。由于粒子在不停地運(yùn)動(dòng)，散射光斑也將出現(xiàn)移動(dòng)。由于粒子四處運(yùn)動(dòng)，散射光的建設(shè)性和破壞性相位疊加，將引起光亮區(qū)域和黑暗區(qū)域呈光強(qiáng)方式增加和減少—或以另一種方式表達(dá)，光強(qiáng)似乎是波動(dòng)的。ZetasizerNano測(cè)量了光強(qiáng)波動(dòng)的速度，然后用于計(jì)算粒徑。如果測(cè)量大顆粒，那么由于它們運(yùn)動(dòng)緩慢，散射光斑的強(qiáng)度也將緩慢波動(dòng)。如果測(cè)量小粒子，那么由于它們運(yùn)動(dòng)快速，散射光斑的密度也將快速波動(dòng)。相關(guān)關(guān)系函數(shù)衰減的速度與粒徑相關(guān)，小粒子的衰減速度大大快于大顆粒的。Zetasizer軟件使用算法，提取針對(duì)一系列粒徑類別的衰減速度，以得到粒徑分布。2、ZetasizerNano的操作--粒徑測(cè)量典型的DLS系統(tǒng)由6個(gè)主要部件組成：

1）激光器

2）樣品池

3）檢測(cè)器

4）衰減器

5）相關(guān)器

6）計(jì)算機(jī)對(duì)于Zetasizer

Nano系列，依賴于儀器的型號(hào)，檢測(cè)器位置將置于173°或90°173°檢測(cè)光學(xué)構(gòu)造--背散射檢測(cè)Zetasizer

NanoS和ZS可測(cè)量接近180°的散射信息,這稱為背散射檢測(cè)。背散射檢測(cè)運(yùn)用了稱為NIBS（非侵入背散射）的專利技術(shù)。NIBS的獨(dú)特功能—優(yōu)點(diǎn)因?yàn)闇y(cè)量背側(cè)散身，入射光束沒(méi)有必要穿過(guò)整個(gè)樣品。因?yàn)楣庵恍璐┻^(guò)樣品的較短路徑長(zhǎng)度，因此可以測(cè)量較高濃度的樣品。這降低了稱為多重散射的效應(yīng)；在多重散射中，來(lái)自一個(gè)粒子的散射光本身是其它粒子散射的。與樣品粒徑比較，分散劑中的灰塵等污染物比較大。大顆粒主要在前進(jìn)方向散射。因此，通過(guò)測(cè)量背散射，可大大降低灰塵效應(yīng)。小顆粒或稀樣品在樣品池中間測(cè)量以得到最大的散射體積，并降低池壁的閃耀NIBS的獨(dú)特功能--可變的測(cè)量位置探測(cè)器激光聚焦鏡樣品池濃樣品

測(cè)量在靠近池壁的地方以減少光在樣品中的造成的多重散射NIBS的獨(dú)特功能--可變的測(cè)量位置探測(cè)器激光聚焦鏡樣品池90°檢測(cè)光學(xué)構(gòu)造--經(jīng)典裝置Zetasizer

Nano儀器范圍中已包括90°型號(hào)即Zetasizer

NanoS90和ZS90，提供與其它有90°檢測(cè)光學(xué)構(gòu)造的系統(tǒng)的連續(xù)性。這些模型不使用可移動(dòng)測(cè)量裝置，但使用“經(jīng)典的”固定為90°的監(jiān)測(cè)設(shè)置，即檢測(cè)器和激光以樣品池區(qū)中心為90°排列。這種配置降低了這些型號(hào)的可檢測(cè)粒徑范圍。三、粒徑測(cè)量樣品的制備相關(guān)測(cè)量結(jié)果解釋1、樣品制備--樣品濃度測(cè)量可在任何樣品中測(cè)量，只要顆粒有布朗運(yùn)動(dòng)每一類樣品材料都有最理想的測(cè)量濃度如果濃度太低，就沒(méi)有足夠的散射光而不能進(jìn)行測(cè)量如果樣品太濃，多重散射可能發(fā)生，得到的表觀顆粒度與信噪比會(huì)降低帶有背散射探測(cè)器的儀器可延伸所測(cè)的濃度而不會(huì)被多重散射效應(yīng)所影響z-均直徑(nm)正確濃度樣品濃度低高多重散射普通PCS儀器NANOS正確濃度多重散射測(cè)量濃度的上限是什么?濃度的上限也是由顆粒間的相互作用而決定。因?yàn)轭w粒間的相互作用會(huì)影響顆粒的擴(kuò)散速率從而影響所測(cè)到的顆粒度。在決定樣品的濃度測(cè)量上限時(shí)，一個(gè)重要因素是顆粒的大小粒度建議的最小濃度<10nm0.5g/l由樣品的相互作用，聚合體等決定10nmto100nm0.1mg/l5%質(zhì)量(假定密度為1gcm-3)建議的最大濃度100nmto1m0.01mg/l1%質(zhì)量(假定密度為1gcm-3)>1m0.1g/l1%質(zhì)量(假定密度為1gcm-3)最低濃度對(duì)小于10nm的顆粒，主要決定測(cè)量最低濃度的因素是樣品的散射光強(qiáng)。樣品應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生至少超過(guò)介質(zhì)散射10kcps的散射光強(qiáng)。最高濃度最大濃度是由樣品自身的性質(zhì)所決定的。顆粒相互作用:這會(huì)影響顆粒的擴(kuò)散速率從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果，所以盡管許多時(shí)候測(cè)量可以得到結(jié)果，但僅是表觀結(jié)果，不一定是真實(shí)的粒徑小顆粒的最高最低濃度最低濃度最低濃度也與它們的散射光強(qiáng)有關(guān)，當(dāng)然另一個(gè)“數(shù)目漲落”因素也必須考慮進(jìn)去。測(cè)量體積內(nèi)的顆粒至少在1000個(gè)（相對(duì)誤差3%），如果是10000個(gè)，則誤差為1%。最高濃度由多重散射決定。由于NIBS技術(shù)，NanoS/NanoZS對(duì)多重散射不是很敏感隨著濃度的增加，多重散射會(huì)愈來(lái)愈明顯，直至結(jié)果被扭曲大顆粒的最高最低濃度只要有可能，應(yīng)該選擇這樣的樣品濃度，即樣品出現(xiàn)輕微乳狀外觀或樣品得到輕微的濁度。如果不易達(dá)到這樣的濃度，應(yīng)測(cè)量不同濃度的樣品，以便避免濃度效應(yīng)。應(yīng)在這樣的濃度范圍內(nèi)測(cè)試，即測(cè)試結(jié)果不依賴所選擇的濃度。膠凝作用：凝膠不適合采用粒度儀測(cè)量。樣品制備的目的之一是在稀釋后仍保存顆粒表面原有的狀態(tài)。最好的方法是用樣品原有的分散介質(zhì)來(lái)進(jìn)行稀釋?？蓪⒃瓨悠愤^(guò)濾或離心以去除顆粒,以得到清液。用這種方法得到的介質(zhì)來(lái)配制稀懸浮液,可保持原有的液-固界面條件。假如不能獲取上層清液,可讓樣品自然沉淀,用留在上層的帶小顆粒的懸浮液進(jìn)行測(cè)量。稀釋介質(zhì)超聲對(duì)礦物樣品(如TiO2)是很有效的應(yīng)用技術(shù)。某些材料(e.g.炭黑)的粒度與超聲的功率與時(shí)間緊密相關(guān)。乳液不能用超聲。2、相關(guān)測(cè)量結(jié)果解釋-光子數(shù)率的重現(xiàn)性光子數(shù)率癥狀可能原因解決方法在連續(xù)測(cè)量中光子數(shù)率連續(xù)遞減有顆粒沉降去除沉降顆?；蜻x擇更合適的測(cè)量技術(shù)顆粒產(chǎn)生乳液分層制備更穩(wěn)定的樣品以防止乳液分層樣品不穩(wěn)定顆粒溶解或破碎制備更穩(wěn)定的樣品顆粒不會(huì)溶解在測(cè)量過(guò)程中形成氣泡去除氣泡，脫氣光子數(shù)率癥狀可能原因解決方法在連續(xù)測(cè)量中光子數(shù)率連續(xù)遞增分散不穩(wěn)定，聚合或絮凝制備更穩(wěn)定的樣品測(cè)量開(kāi)始的太快，儀器尚未穩(wěn)定在測(cè)量前，允許有30分鐘的儀器穩(wěn)定期在測(cè)量過(guò)程中形成氣泡去除氣泡，脫氣光子數(shù)率癥狀可能原因解決方法光子數(shù)率在連續(xù)的測(cè)量中任意變化分散不穩(wěn)定，樣品隨時(shí)間而變，聚合或破碎制備更穩(wěn)定的樣品樣品不適合用DLS進(jìn)行測(cè)量樣品含大顆粒用過(guò)濾與離心去除大顆粒，或讓大顆粒沉淀后再測(cè)在測(cè)量過(guò)程中形成氣泡去除氣泡，脫氣樣品不均勻保證混合均勻光子數(shù)率癥狀可能原因解決方法粒度隨著時(shí)間而變小溫度不穩(wěn)定允許更長(zhǎng)的溫度平衡（每度5分鐘，加上5分鐘)樣品不穩(wěn)定-顆粒溶解或破碎制備更穩(wěn)定的樣品粒度隨著時(shí)間而變大溫度不穩(wěn)定允許更長(zhǎng)的溫度平衡（每度5分鐘，加上5分鐘)樣品不穩(wěn)定-顆粒聚合制備更穩(wěn)定的樣品光強(qiáng)隨時(shí)間的變化正常光強(qiáng)隨時(shí)間變化

如果存在灰塵，那么將觀察到尖峰在后面的計(jì)算中，通過(guò)軟件中的灰塵過(guò)濾器將有灰塵影響的測(cè)量過(guò)濾掉。幅度較寬的光強(qiáng)波動(dòng)，可能表明樣品中存在溫度梯度，應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行溫度平衡穩(wěn)定增加的光強(qiáng)，表明樣品在聚集，而穩(wěn)定降低的光強(qiáng)表明樣品在沉積1、菜單條2、工具條3、測(cè)量文件窗口4、標(biāo)題條5、測(cè)量顯示窗口光強(qiáng)200分散系數(shù)（0-1）衰光系數(shù)（0-11）相