ZetasizerNano系列:

培訓(xùn)課程

WhoAreMalvernInstruments?馬爾文儀器是一家英國公司，專注于設(shè)計和制造精確的測量儀器，應(yīng)用于粒子尺寸及其分布粒子的電荷分子量粒子形態(tài)分散體系的流體力學(xué)性質(zhì)Zetasizer

Nano

能夠測量什么參數(shù)？

三種測量技術(shù)動態(tài)光散射（DynamicLightScattering）通過非侵入背散射(NIBS)測量粒徑及其分布激光多普勒電泳（LaserDopplerElectrophoresis）通過激光多普勒測速和相位分析光散射技術(shù)相結(jié)合的馬爾文M3-PALS專利技術(shù)測量zeta電位靜態(tài)光散射（staticlightscattering)分子量以及第二維利系數(shù)A2測量Zetasizer粒徑范圍(nm)Zeta電位測量的尺寸范圍(nm)分子量范圍(Da)

0.6to6000-1000to2x107-5to10,000-

0.6to60005to10,0001000to2x107

1to3000-10000to2x107

1to30005to10,00010000to2x107ZetasizerNano系列:

粒子尺寸膠體顆粒，乳液，高分子溶液……高靈敏度高濃度Zeta電位維護簡單高靈敏度，準(zhǔn)確率高分辨率分子量蛋白質(zhì)和高分子Contents動態(tài)光散射（第一天）測量原理Nano系列的優(yōu)化測量位置由相關(guān)曲線得到粒徑信息–預(yù)算法則樣品要求樣品制備數(shù)據(jù)解釋靜態(tài)光散射及分子量的測定（第二天）Zeta電位測量原理（第二天）動態(tài)光散射

DynamicLightScattering測試原理MeasurementPrincipleZetasizer

Nano是如何測試粒子的粒徑的?動態(tài)光散射DynamicLightScattering(DLS)，也稱光子相關(guān)光譜PhotonCorrelationSpectroscopy(PCS)，準(zhǔn)彈性光散射quasi-elasticscattering，測量光強的波動隨時間的變化粒子的布朗運動Brownianmotion導(dǎo)致光強的波動光子相關(guān)器correlator將光強的波動轉(zhuǎn)化為相關(guān)方程相關(guān)方程檢測光強波動的的速度，從而我們得到粒子的擴散速度信息和粒子的粒徑d(h)從相關(guān)方程我們還可以得到尺寸的分布信息Nano

的光學(xué)構(gòu)造動態(tài)光散射及布朗運動微小粒子在懸浮溶液中的隨意運動布朗運動的速度依賴于離子的大小媒體的粘度動態(tài)光散射動態(tài)光散射測量依賴于時間的散射光強波動。由動態(tài)光散射可以得到粒子擴散速度的信息,進而從Stokes-Einstein方程得到流體力學(xué)半徑hydrodynamicdiameter(DH)k：波爾茲曼常數(shù),T：絕對溫度,

：粘度kT3DHD=散射光強的波動散射光強依賴于粒子的大小散射光強的信息被傳輸?shù)焦庾酉嚓P(guān)器相關(guān)器連續(xù)加和處理從光散射信號中得到的很短時間的波動信息進而得到相關(guān)曲線Time(s)Intensity(kcps)SmallParticlesTime(s)Intensity(kcps)LargeParticles相關(guān)方程表示隨時間變化的相關(guān)性質(zhì)0Timeg210TimeIntensity

=0Time

=1Intensity01Time10g2TimeIntensity

=2Time10012g2

=

TimeIntensityTime100

123g2相關(guān)方程（曲線）衰減的過程與粒子尺寸的分布相關(guān)基線是否歸零告訴我們是否有灰塵的存在初始斜率依賴于粒子大小截距光強波動，相關(guān)函數(shù)和粒徑分布CorrelateApplyAlgorithmTime(s)Intensity(kcps)SmallParticlesCorrelateApplyAlgorithmTime(s)Intensity(kcps)LargeParticlesSTOKES-EINSTEINEQUATIOND為擴散系數(shù)d(h)為流體力學(xué)直徑kB

為波爾茲曼常數(shù)T為絕對溫度h為粘度這里2動態(tài)光散射實際測量的是什么?流體力學(xué)直徑流體力學(xué)直徑動態(tài)光散射實際測量的是什么?流體力學(xué)直徑表面上枝接的一層分子將會降低擴散速度因此，流體力學(xué)直徑將會受到表面結(jié)構(gòu)的影響測得的直徑離子強度的影響1/K,Debye長度是帶電顆粒雙電層的厚度,他取決于介質(zhì)中的離子濃度在較高離子強度(如高于10mM鹽溶液)雙電層是壓縮的流體動力學(xué)直徑1/K流體動力學(xué)直徑在較低離子強度(如蒸餾水中)雙電層是展開的動態(tài)光散射的特點：上億個粒子的統(tǒng)計學(xué)效果，使得對粒徑及其分布的測量更加準(zhǔn)確對微量存在的大顆粒極其敏感在溶液狀態(tài)下測量顆粒的尺寸測試速度快，所需樣品少需要溶液的粘度和折光指數(shù)等光學(xué)參數(shù)所得到的尺寸分布正比于不同種類顆粒對光強的貢獻率所需參數(shù)平均粒徑和寬度（分散系數(shù)）溫度溶劑的粘度和折光指數(shù)（溫度依賴性）粒徑的體積和數(shù)量分布米氏理論需要:樣品的折光指數(shù)樣品的吸收率動態(tài)光散射由相關(guān)曲線得到粒徑信息:運算法則

相關(guān)曲線這里:

G=Dq2為衰減率D為擴散系數(shù)q=(4pn/lo)sin(q/2)為散射矢量n為折光指數(shù)lo

為照射光波長q為散射角度對于單分散體系STOKES-EINSTEIN

EQUATION相關(guān)曲線累積距法：得到平均粒子尺寸和分布系數(shù)（PD.I）多指數(shù)分析模型：得到粒子實際尺寸和分布對于多分散體系這里g1(t)是相關(guān)曲線中所有指數(shù)衰減的總和累積距法ISO13321(1996)定義了應(yīng)用于動態(tài)光散射技術(shù)的累積距法這種方法給出了平均粒子尺寸(z-average)和一個粒子的分布系數(shù)(polydispersityindex)這個分析方法只需要分散劑的折光指數(shù)和粘度累積距法ISO13321闡述用三次方多項式擬和相關(guān)方程Ln[G1]=a+bt+ct2這里

t是衰減時間bαz-均擴散系數(shù)2c/b2為分布系數(shù)z-均直徑z-均直徑(ZD)的定義:

累積距法得到的粒子平均尺寸對應(yīng)于不同尺寸粒子散射光強的貢獻

這里“平均”的概念特指用于光散射試驗中這種算法得到的平均尺寸對于大的締合物及灰塵非常敏感分布系數(shù) 分布系數(shù)定義(PDI):

有累積距法得到的分布系數(shù)是一個無綱量的值，代表粒子尺寸的分布寬度在Zetasizer

Nano軟件中他的范圍是0到1如果PDI大于1，這說明樣品的尺寸分布非常寬，可能不適合用動態(tài)光散射的方法來測量分布系數(shù) 分布系數(shù)值Comments<0.05單分散體系，如一些乳液的標(biāo)樣。<0.08近單分散體系，但動態(tài)光散射只能用一個單指數(shù)衰減的方法來分析，不能提供更高的分辨率。0.08to0.7適中分散度的體系。運算法則的最佳適用范圍。>0.7尺寸分布非常寬的體系。對于分布的分析對于相同的光散射數(shù)據(jù)，可以有幾種不同的分析結(jié)果為了適應(yīng)不同的樣品類型,兩種NNLS分析模型被應(yīng)用到一起的軟件中GeneralPurposeMultipleNarrowModes

這兩種算法的差異在于所得到的分布曲線的平滑程度generalpurpose

算法適用于大部分分布狀況未知的樣品multiplenarrowmode算法適用于分布狀況不連續(xù)的樣品ZetasizerNano軟件中的尺寸分布分析由DLS而得的基本的尺寸分布，是一個根據(jù)光強的貢獻率，并使用(NNLS)分析方法得到的分布尺寸分布被表示為一個散射光相對光強對于對應(yīng)的粒子尺寸的曲線默認(rèn)地，在尺寸分布中最多可以出現(xiàn)70個等級Zetasizer

Nano

軟件中的尺寸分布分析使用光強分布數(shù)據(jù)應(yīng)用Mietheory演算而來換算過程需要粒子的光學(xué)性質(zhì)粒子的折光指數(shù)粒子對光的吸收率數(shù)量粒度分布

體積粒度分布光強粒度分布

從動態(tài)光散射得到最初的結(jié)果結(jié)果基于粒子的散射光強度對于大的粒子和灰塵十分敏感分析樣品的特性僅僅需要媒體的粘度和折光指數(shù)使用光強分布數(shù)據(jù)應(yīng)用Mietheory演算而來等同于質(zhì)量粒度分布換算過程需要粒子的光學(xué)性質(zhì)粒子的折光指數(shù)粒子對光的吸收率動態(tài)光散射DLS的粒子尺度分布光強分布，體積分布和數(shù)量分布之間的相互轉(zhuǎn)換基于以下前提:所有的粒子都是球型的所有的粒子都是均勻的，且密度相同光學(xué)性質(zhì)已知（折光指數(shù)，吸收率）動態(tài)光散射DLS技術(shù)往往高估分布峰的寬度，這個影響可以從體積分布和數(shù)量分布的相互轉(zhuǎn)換過程中體現(xiàn)體積和數(shù)量分布中，峰的平均值和分布寬度只能用來估計成分的相對量。動態(tài)光散射DLS的粒子尺度分布如果光強分布是一個相對平滑的峰，那么光強分布和轉(zhuǎn)化得到的體積分布以及數(shù)量分布將會比較相似如果光強分布中有一條非常明顯的尾巴，或是多于一個分布峰，那么轉(zhuǎn)化得到的體積和數(shù)量分布將會非常不同，并且會更真實地展現(xiàn)尾巴和其它峰總的來說d(intensity)>d(volume)>d(number)光強,體積和數(shù)量分布

設(shè)想一個由相等數(shù)量的5nm和50nm球型粒子組成的混合物數(shù)量分布數(shù)量平均粒徑

28nm體積平均粒徑

49nm光強分布(RayleighTheory)光強平均粒徑=50nm體積分布Relative%inclassDiameter(nm)55011Relative%inclassDiameter(nm)5501,000,0001Relative%inclassDiameter(nm)55011,000N1:N2N1*3/4πr13:N2*3/4πr23

N1V1:N2V2N1V12:N2V22

光強，體積和數(shù)量分布:例子Peak1Peak2Mean(nm)%Mean(nm)%Intensity23186.365.813.7Volume23250.361.849.7Number1842.658.297.460nm和220nm聚苯乙烯乳液標(biāo)樣1:1體積混合z-均直徑=168nmPDI=0.215體積和數(shù)量分布:

建議建議在報告?zhèn)€分布峰所對應(yīng)的尺寸時，使用光強分布曲線的結(jié)果在報告各個峰的相對數(shù)量時，使用體積或者是數(shù)量分布PeakDI(nm)%Int%Wt159216722207933動態(tài)光散射

DynamicLightScatteringNano

系列中的優(yōu)化測量位置

Nano

的光路系統(tǒng)在NanoS和NanoZS系列中，光散射檢測角度為173o

，因此成為背光散射光學(xué)系統(tǒng)不穿過樣品，因此稱為非侵入性NIBS所觀察到的樣品散射體積為在90o

（Zetasizer

NanoS90）條件下的8倍，因此能夠得到更多的散射光強，儀器也更加靈敏更高的靈敏度使儀器能夠檢測低濃度下小尺寸的粒子激光不需要穿過整個樣品，因此降低了多次光散射效應(yīng)。可以檢測較高濃度的樣品多次光散射效應(yīng)通常降低粒子的表觀尺寸，增加光子相干曲線的截距污染物，如灰塵粒子，得散射光通常在較小的角度有比較大的散射光強

因此背側(cè)光散射可有效的降低灰塵的影響非侵入背側(cè)光散射特點

(NonInvasiveBackScatter(NIBS)Overview)NIBS:可調(diào)整檢測位置

檢測器激光凸透鏡樣品池高濃度溶液減小散射光體積降低多次散射影響檢測器激光凸透鏡樣品池小粒子/稀溶液較大的散射提體積光路中的自動衰減器自動衰減器起到調(diào)整光學(xué)強度的作用，使得粒子的散射光在一個儀器可以檢測的范圍之內(nèi)Zetasizer

Nano自動水衰減器有11個光學(xué)衰減鏡片涵蓋100%到0.0003%的透射率透射率指到達樣品的激光的強度占光源激光強度的百分比在測量粒子大小的過程中，自動衰減器會自動調(diào)節(jié)透射光的強度，直到檢測器檢測到的光強小于500kcps

光路中的自動衰減器衰減器編號衰減率(%正常)透射率(%正常)199.99970.0003299.9970.003399.990.01499.970.03599.90.1699.70.37991897399010107030110100測試時間測試時間由樣品的散射光強度決定散射光越弱測試的時間越長每個測試都被分成一系列10秒鐘的子測試以減少灰塵對測試的影響儀器默認(rèn)50%的平均光強最小的子測試為有效測試，被用來進行數(shù)據(jù)分析動態(tài)光散射

DynamicLightScattering樣品要求樣品要求樣品應(yīng)該較好的分散在液體媒體中理想條件下，分散劑應(yīng)具備以下條件:透明和溶質(zhì)粒子有不同的折光指數(shù)應(yīng)和溶質(zhì)粒子相匹配(也就是：不會導(dǎo)致溶脹,解析或者締合掌握準(zhǔn)確的折光指數(shù)和粘度，誤差小于0.5%干凈且可以被過濾InternationalStandardISO13321(1996)動態(tài)光散射對粒子尺寸的下限依賴于：粒子相對于溶劑產(chǎn)生的剩余光散射強度折光指數(shù)樣品濃度儀器敏感度激光強度和波長檢測器敏感度儀器的光學(xué)構(gòu)造Thelowersizelimitistypically2nm動態(tài)光散射對粒子尺寸的上限D(zhuǎn)LS測量粒子無規(guī)則的熱運動/布朗運動（Brownianmotion）若粒子不進行無規(guī)則運動，則儀器無法應(yīng)用粒子尺寸的上限定義于沉淀行為的開始因此上限取決于樣品–應(yīng)考慮粒子和分散劑的密度使用更高粘度的分散劑去阻止或者降低粒子的沉淀速度沒有任何優(yōu)勢，因為布朗運動的速度將會被等同的降低樣品濃度總結(jié)從動態(tài)光散射得到的樣品尺寸應(yīng)該不依賴于濃度(ISO13321)每種樣品都有其理想的測試濃度范圍如果濃度太低，可能散射光強不足以進行試驗這種狀況不太可能出現(xiàn)在NanoS/NanoZS系列中，除非在一些極端條件下如果樣品濃度太高，實驗結(jié)果可能會依賴于濃度為了得到正確的尺寸信息，可能會需要在不同的濃度下檢測樣品尺寸樣品濃度下限依賴于：粒子相對于溶劑產(chǎn)生的剩余光散射強度折光指數(shù)樣品濃度儀器敏感度激光強度和波長檢測器敏感度儀器的光學(xué)構(gòu)造Thelowersizelimitistypically2nm樣品濃度上限對于高濃度樣品，由動態(tài)光散射測得的表觀尺寸可能會受到不同因素的影響多重光散射

–

檢測到的散射光經(jīng)過多個粒子散射擴散受限–

其他粒子的存在使得自由擴散受到限制聚集效應(yīng)

–

依賴于濃度的聚集效應(yīng)應(yīng)電力作用

–

帶電粒子的雙電層相互重疊，因而粒子間有不可忽視的相互作用。這種相互作用將影響平移擴散樣品濃度上限可測量濃度表觀z-Average直徑(nm)樣品濃度低高多次光散射NanoS90NanoS可測量濃度多次光散射樣品濃度上限二氧化硅漿料的粒徑以及分散系數(shù)隨濃度的變化推薦樣品濃度粒子尺寸最小推薦濃度最大推薦濃度NanoS90/ZS90NanoS/ZSNanoS90/ZS90NanoS/ZS<10nm5mg/ml0.5mg/mlOnlylimitedbythesamplematerialinteraction(gelation,aggregation)Onlylimitedbythesamplematerialinteraction(gelation,aggregation)10nmto100nm1mg/ml0.1mg/ml0.1%w/v5%w/v(assumingadensityof1gcm-3)100nmto1μm0.1mg/ml0.01mg/ml0.01%w/v1%w/v(assumingadensityof1gcm-3)>1μm1mg/ml0.1mg/ml0.1%w/v1%w/v(assumingadensityof1gcm-3)動態(tài)光散射

DynamicLightScattering樣品池裝載，樣品制備和儀器校準(zhǔn)注入溶液只用干凈的樣品池！緩慢注入溶液以避免氣泡使用滴液管，同時傾斜樣品池

如果使用注射管濾膜過濾樣品，請放棄開始的幾滴溶液以避免在濾膜下面的灰塵進入樣品池用蓋子將樣品池封住將樣品池放入儀器樣品制備:

稀釋如果樣品濃度很高，則需要將溶液稀釋稀釋樣品時須注意保證保持樣品原來的性質(zhì)，如吸附在粒子表面的物質(zhì)和原溶液之間的化學(xué)/物理平衡稀釋溶液應(yīng)和原來的樣品溶液保持相同的性質(zhì)如果樣品很多，稀釋液可以由過濾或者離心原來的樣品溶液除去溶質(zhì)而得到如果樣品很少，稀釋液應(yīng)盡量按原溶液性質(zhì)制備樣品制備:

過濾灰塵是光散射實驗最主要的問題之一，灰塵的存在可能導(dǎo)致測試失敗為了避免灰塵的影響，樣品溶液在測試之前應(yīng)該被適當(dāng)?shù)倪^濾商業(yè)化的注射管過濾膜網(wǎng)眼的尺寸通常從1μm到20nm校準(zhǔn)和檢查動態(tài)光散射Dynamiclightscattering是一種絕對測試，因此不需要校準(zhǔn)然而光學(xué)儀器如光路，有時會因環(huán)境（如溫度，外力）改變而改變，應(yīng)當(dāng)定時檢查檢查的頻率以用戶的使用方式和需求而定檢查可由檢測標(biāo)樣（聚苯乙烯乳液）來完成馬爾文公司推薦DukeScientificCorporation()的聚苯乙烯乳液為標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)起源于NIST–theNationalInstituteofStandardsandTechnology()動態(tài)光散射數(shù)據(jù)處理ZetasizerNano系列數(shù)據(jù)處理實驗得到的原始數(shù)據(jù)對于之后的計算分布的運算過程非常重要原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量越好，所得結(jié)果的重復(fù)性越好為了有助于更好的解釋實驗數(shù)據(jù)，馬爾文建議觀看不同的報告頁，并將實驗參數(shù)加入DTS軟件中的默認(rèn)選項中，顯示在報告中數(shù)據(jù)解釋參數(shù)平均光強（MeanCountRate）截距（MeasuredIntercept）檢測位置（Measurementposition）累積距擬和誤差（Cumulantsfiterror）多指數(shù)擬和誤差（Multimodalfiterror）衰減率（Attenuator）原始光強（DerivedCountRate）報告專家建議報告（ExpertAdviceReport）尺寸質(zhì)量報告（SizeQualityReport）相關(guān)曲線報告（CorrelogramReport）累積距擬和報告（CumulantsFitReport）多指數(shù)擬和報告（MultimodalFitReport）光強的重復(fù)性同一個樣品重復(fù)至少三次測試-光強誤差應(yīng)該在百分之幾之內(nèi)在連續(xù)測試過程中光強增強意味著:粒子聚集在連續(xù)測試過程中光強減弱意味著:粒子沉淀粒子溶解在連續(xù)測試過程中光強無規(guī)則變化意味著:粒子不穩(wěn)定(聚集或分離)z-均直徑重復(fù)性多次z-均直徑的測試結(jié)果誤差應(yīng)在1%-2%之內(nèi)z-均直徑增長意味著:粒子聚集溫度不穩(wěn)定(粘度隨時間變化)z-均直徑下降意味著:粒子沉淀粒子溶解溫度不穩(wěn)定(粘度隨時間變化)數(shù)據(jù)分析:相關(guān)曲線圖相關(guān)曲線圖顯示在特定時間段下每個通道得相干性，其中包含樣品的信息曲線的形狀能夠顯示一些可能出現(xiàn)的明顯的問題應(yīng)檢查相關(guān)曲線中的噪音狀況噪音可由不同原因造成-光強太弱，樣品不穩(wěn)定，或者一些外部原因如散射光和其它雜散光源的相互干涉數(shù)據(jù)分析:相關(guān)曲線圖小粒子中等分散指數(shù)存在大的粒子/締合(基線不平)數(shù)據(jù)分析:相關(guān)曲線圖大粒子高分散指數(shù)很大的粒子/締合物(基線不平)截距>1.0(numberfluctuationscausingbaselinedefinitionproblems)數(shù)據(jù)分析:相關(guān)曲線圖雙峰分布高分布指數(shù)無大粒子/締合物(基線平)數(shù)據(jù)分析:相關(guān)曲線圖（小顆粒）提高早期信號信躁比（1-10us）增加測試子測試數(shù)目

提高后期信號信躁比（>100us）增加收集時間累積距/分布擬和報告累積距和分布擬和報告分別顯示這兩種擬和方法的質(zhì)量，從中我們可以看出（1）z-均直徑和分散度（2）光強分布是否可信認(rèn)為擬和誤差小于0.005為較好結(jié)果累積距/分布擬和報告雙分布樣品的相關(guān)曲線和光強分布尺寸質(zhì)量報告給出的對于累積距法的擬和誤差較大，說明測得的z-均直徑(301nm)并不可靠累積距/分布擬和報告由于雙分布累積距擬和的結(jié)果很不好，然而分布擬和的結(jié)果非常好因此，盡管這個測試的z-均半徑不可靠，但是光強尺寸分布是很準(zhǔn)確地CumulantsfitDistributionfit尺寸分布的重復(fù)性尺寸分布結(jié)果由NNLS方法分析而來，對于這些結(jié)果應(yīng)該檢查分布峰的位置和包含的面積的重復(fù)性如果分布沒有重復(fù)性，馬爾文建議重新測量，并將測試時間延長提取測試標(biāo)準(zhǔn)操作過程(SOP)DTS軟件中具有提取任何結(jié)果SOP的功能，這是一個非常有利的工具，使得我們可以查看數(shù)據(jù)的質(zhì)量可以從測試的電腦中提取測試中的報錯信息(例如：與樣品類型不匹配的的測試位置，手動設(shè)置的超時測量時間尺寸質(zhì)量報告對于任何選擇的測試紀(jì)錄，尺寸質(zhì)量報告包含12個步檢測步驟如果任意一步檢測的結(jié)果在一個特定的范圍之外，一個警告信息和一個可能原因的建議將會出現(xiàn)如果所有的檢測都通過，會出現(xiàn)一條“ResultMeetsQualityCriteria”信息Contents動態(tài)光散射靜態(tài)光散射及分子量的測定測量原理應(yīng)用實例Zeta電位靜態(tài)光散射

Staticlightscattering(SLS)在靜態(tài)光散射中，我們檢測溶質(zhì)粒子的絕對散射光強雖濃度的變化在Zetasizer

Nano

ZS中，我們在一個角度檢測光強通過Debye曲線我們可以測量絕對分子量第二維利系數(shù)第二維利系數(shù)

2ndvirialcoefficient(A2)一個熱力學(xué)性質(zhì)，形容溶質(zhì)和溶劑間的相互作用當(dāng)A2>0,溶質(zhì)分子穩(wěn)定的存在于溶劑中當(dāng)A2=0,溶質(zhì)分子和溶劑分子的相互作用等同于溶質(zhì)分子內(nèi)部相互作用被稱為

theta溶劑條件當(dāng)A2<0,溶質(zhì)分子不能穩(wěn)定存在于溶劑中，形成結(jié)晶或者聚集什么樣的樣品適合靜態(tài)光散射?YESNOProteinsPolymersDendrimersLiposomesEmulsionsMixtures靜態(tài)光散射I

(MW2)(C)K：光學(xué)常數(shù) C：濃度M：分子量 Rq

：樣品的瑞利比A2：2nd

維利系數(shù)P()：形態(tài)因子

(RayleighEquation)靜態(tài)光散射

o=激光波長NA=阿佛家德羅常數(shù)no=溶劑折光指數(shù)

dn/dc=折光指數(shù)對濃度的增量

IA=絕對光強(I樣品

–I溶劑)no=溶劑IT=標(biāo)準(zhǔn)物光強(toluene)nT=標(biāo)準(zhǔn)物(toluene)折光指數(shù)RT=標(biāo)準(zhǔn)物瑞利比(toluene)Rg

=均方旋轉(zhuǎn)半徑=檢測角度靜態(tài)光散射對于瑞利散射,P()=1因此方程被簡化因此從KC/R

對濃度做曲線，截距值為分子量的倒數(shù)1/M，斜率為第二維利系數(shù)A2

(y=mx+c)Debye曲線樣品制備在適合的溶劑中，制備一系列已知準(zhǔn)確濃度的樣品樣品溶液具體濃度依賴于所測量的樣品，一般在0.1-10g/L1234溶劑樣品制備所有使用的玻璃容器，吸液管，樣品池，溶劑，均應(yīng)無塵用過濾膜過濾所有的溶劑，分散劑

(e.g.Whatman

Anotop20nmporesizefilters)分子量測定應(yīng)用實例

(LysozymeinPBS)1/截距=14.6KDa斜率=-3.23x10-4Contents動態(tài)光散射靜態(tài)光散射及分子量的測定Zeta電位測量原理樣品制備樣品測試測試中的選擇數(shù)據(jù)解釋Zeta電位

ZetaPotential

電泳光散射

ElectrophoreticLightScattering(ELS)

激光多普勒電泳

LaserDopplerElectrophoresis(LDE)

理論概述膠粒分散體系（colloidaldispersion）的穩(wěn)定性膠粒分散體系的穩(wěn)定性取決于粒子間短程吸引力（范德華力）和遠程排斥力（靜電力）之和膠粒分散體系的可以通過不同機制失去穩(wěn)定性穩(wěn)定體系絮凝凝聚沉淀凝聚絮凝沉淀相分離維持分散體系的穩(wěn)定性粒子穩(wěn)定的存在于溶液中主要基于以下兩種機制:（位阻效應(yīng)）STERICSimple,butlimitedoptionsIrreversibleAnextracomponent靜電力排斥（ELECTROSTATIC）Easytomeasurethecontrollingparameter(zetapotential)ReversibleMayonlyrequirechangeinpHorionconcentration水溶液中表面電荷的產(chǎn)生大部分水溶液中的膠體系統(tǒng)帶一定量的電荷電荷的產(chǎn)生機制有很多取決于粒子的材料和媒體的性質(zhì)表面基團的離子化粒子表面有失去離子的趨勢離子的表面能夠吸收離子或者粒子性表面活性劑表面電荷導(dǎo)致在粒子周圍抗衡離子濃度的增加Zeta電位(ZetaPotential)什么是Zeta電位?Zeta電位同時依賴于粒子表面和分散劑的化學(xué)性質(zhì)對于靜電力穩(wěn)定的分散體系，通常是Zeta電位越高，體系越穩(wěn)定體系穩(wěn)定與否通常以Zeta電位是否大于

30mV為標(biāo)準(zhǔn)影響Zeta電位的因素影響Zeta電位的因素有：

pH變化,電導(dǎo)率(濃度，鹽的類型)組成成分濃度的變化(如高分子，表面活性劑){SternlayerSlippingplaneDiffuselayer--1000mVDistancefromparticlesurfaceSurfacepotentialSternpotentialZetapotentialParticlewithnegativesurfacecharge什么是Zeta電位?Zeta電位同時依賴于粒子表面和分散劑的化學(xué)性質(zhì)對于靜電力穩(wěn)定的分散體系，通常是Zeta電位越高，體系越穩(wěn)定體系穩(wěn)定與否通常以Zeta電位是否大于

30mV為標(biāo)準(zhǔn)Zeta電位是粒子間靜電力相互作用的標(biāo)尺，可以被用來預(yù)測分散體系的穩(wěn)定性以及存儲時間測量Zeta電位電泳是在施加電場下，帶電粒子相對于液體媒體的運動帶電粒子以特定的速度運動，運動的速度取決于:電場強度媒體的介電常數(shù)媒體的粘度Zeta電位+-

電泳ZETA電勢和電泳淌度相關(guān)UE（ELECTROPHORETICMOBILITY）

根據(jù)HENRY方程UE=2ezf(k

a)3hz：zeta電勢UE

：電泳淌度e：介電常數(shù)H：粘度f(k

a)：Henrys方程非極性溶劑Henrys方程F(ka)Huckel

近似F(ka)=1.0Smoluchowski

近似F(ka)=1.5a1/K極性溶劑a1/KNano的光學(xué)構(gòu)造參考光不通過樣品池衰減鏡片調(diào)整入射光的光強這樣儀器可以檢測很寬濃度范圍內(nèi)的樣品激光多普勒電泳

LaserDopplerElectrophoresis一束激光經(jīng)過毛細(xì)管樣品池中電場中的樣品。樣品在外加電場的作用下進行電泳運動，因此由運動粒子發(fā)出的散射光會有頻率的移動頻率移動

f等于:

：粒子的速度

：繼光的波長

q

：散射角度

f=2sin(/2)/粒子速度V=0散射光與入射光有相同頻率F1F1粒子速度V>0v散射光品率高于入射光F2F1用激光多普勒電泳測量Zeta電位用激光多普勒電泳測量Zeta電位因為光源的頻率很高(1014Hz),頻率的移動只能通過光學(xué)混拍來測得這種技術(shù)是通過檢測從一個光源分出的兩束光程幾乎相同的激光相干性其中一束光必須通過樣品體系(這束光被稱為散射光)另一束光(稱為參考光)不通過樣品體系散射光和參考光在檢測器處相干，引起光強的波動光強的波動是怎樣被引發(fā)的?F1F2將兩束光結(jié)合參考光

F1和散射光

F2光強的波動是怎樣被引發(fā)的?F2F1參考光

F1和散射光

F2這兩束光在A

相干加強，在

B

相干減弱BAA相干的結(jié)果產(chǎn)生一個頻率小得多的調(diào)制光源，這束光的頻率等于參考光和散射光頻率的差F1

=

-fF2檢測器檢測的是光強隨時間的波動，進而得到拍頻拍頻被聚焦到檢測器處檢測多普勒平移的方向多普勒平移的方向由比較拍頻的大小和一個參考頻率的大小參考頻率由調(diào)制在參考光源光路上的一面反光鏡生成粒子在施加電場中的移動將會造成區(qū)別于調(diào)制頻率的頻率(320Hz)的移動這樣我們得到zeta電位的明確的符號高頻電場轉(zhuǎn)換

FFR(Fastfieldreversal)電動力學(xué)理論分析顯示當(dāng)施加一個電場于一個毛細(xì)管樣品池上，帶電粒子達到最終速度所需的時間要比電滲建立起來的時間至少快一個數(shù)量級如果施加電場的轉(zhuǎn)換頻率很高，例如50Hz,我們就可以檢測到帶電粒子的速度，同時避免電滲的影響.但是分辨率可能會偏低高頻電場轉(zhuǎn)換中的電滲

StationaryPlane正極負(fù)極混合模式測試-MixedModeMeasurement(M3)混合模式測試是一個專利方法，使得測試可以在毛細(xì)管中的任何一點進行這個模式中包含高頻電場反轉(zhuǎn)(FFR)和低頻電場反轉(zhuǎn)(SFR)FFR測試了在電滲開始之前帶電粒子真實的電泳運動速度SFR改善了測試的分辨率，提供電勢分布的信息相分析光散射PhaseAnalysisLightScattering（PALS）被用于檢測在FFR模式下粒子的移動性M3測試技術(shù)-50mV-110mV-50mV高頻電場轉(zhuǎn)換1000Hz能夠準(zhǔn)確地測量zeta電位的平均值，但是分辨率較低低頻電場的轉(zhuǎn)換可以給出更好的分辨率但是受到電滲的影響通過M3測試技術(shù)，結(jié)合高頻和低頻電場的轉(zhuǎn)換，我們既得到準(zhǔn)確地平均zeta電位，又得到了較高的分辨率常規(guī)模式（GeneralPurpose）

相曲線FFR（高頻電場轉(zhuǎn)換）通過相分析得到平均電位(Ep)SFR（低頻電場轉(zhuǎn)換）通過相分析和復(fù)利葉變換得到電位的分布單項模式Monomodal

相曲線PALSonlytoobtainmean(Ep)–nodistributionorwidthFFRonlyZeta電位（ZetaPotential）樣品制備和儀器校正zeta電位試驗中的樣品測試Zeta電位測試中對樣品的要求不像尺寸測試對樣品的要求那樣嚴(yán)格，樣品可以看上去不很透明可測濃度的上限依賴于粒子尺寸和光學(xué)性質(zhì)粒子的尺寸越大，需要樣品的濃度越稀粒子和分散劑的折光指數(shù)差越大，需要樣品濃度越稀當(dāng)溶液需要稀釋的時候，稀釋的方式對于最終結(jié)果的測量非常重要對于有效的測試，稀釋溶液很重要！不考慮分散劑性質(zhì)（鹽度，粘度……）的測試是沒有意義的！Zeta電勢對分散體系組成的依賴性和對粒子性質(zhì)的依賴性同樣重要zeta電位試驗中的樣品測試（SiO2漿料）濃度對Zeta電位的影響Zeta電位和pH9234567811011121314pHZetaPotential(mV)0+30-30等電點（IEP）自動滴定確定等電點自動滴定儀MPT-2autotitrator自動滴定儀可以進行以下滴定:pH電導(dǎo)率稀釋(樣品濃度)TiO2

的pH滴定zetasizezeta電位試驗中的樣品測試在稀釋溶液的過程中應(yīng)該保持粒子表面的性質(zhì)你有稀釋溶液嗎？過濾或者離心一些原溶液，取上清夜作為稀釋溶液讓樣品自然沉淀，使用上層