引言
DLS 和 ELS 是用于表征颗粒物的粒度和 Zeta 电位的通用技术。它们最常用于分析溶液或分散体系中的胶体系统、纳米颗粒和大分子。当然，在比较不同制造商的系统时，DLS/ELS 仪器的规格至关重要。但是，如果您没有以正确的方式使用您的系统，或者没有充分利用所有选项，那么您将无法充分利用您的系统。
因此，在这里，我们不仅涵盖了您在购买仪器时应该考虑的规格，还涵盖了其他关键方面，如样品类型和工作流程。这样，您就会得到一个系统，它能准确地为您做它需要做的事情，并且做得很好。
DLS 和 ELS 基础知识
DLS 使用经历布朗运动的颗粒或分子的光散射来测量它们的扩散系数。这些随后将转换为粒度分布。
ELS 使用光散射颗粒运动产生的多普勒效应来测量它们在电场存在下的速度。这随后将转换为 Zeta 电位值（或分布）。
由于 DLS 和 ELS 所涉及技术的相似性以及结果的互补性，市场上的大多数系统（包括我们的 Zetasizer Advance 系列）都提供这两种技术。
1.您是否专注于最重要的应用？
您是否正在行业领域开发明确定义的应用？如果是这样，那么您可能会发现这是一个不必要的问题。
但如果您在学术界，那么情况可能会有所不同。
为了大学其他地方具有不同应用重点的同事的利益，要求资助者扩展仪器所需的规格是很常见的。
如果您是这种情况的话，那么现在是时候坚定您的要求了。最物有所值的系统是针对您的应用进行优化的系统（在 Malvern Panalytical，我们提供多种型号供您选择）。
不要在最重要的应用上妥协——理想情况下，您应该选择一个针对您的特定样品类别而定制的系统。
2.您是否对重要规格的真正含义感到困惑？
您的确知道您需要 DLS/ELS 系统。您比较不同制造商提供的产品……突然您对规格感到不知所措。但是，对于材料科学中经常遇到的样品，哪些规格对于确保良好的性能最为重要？
让我们尽可能把事情简单化。您应该查看的七项规格包括：
- 测量类型：由于 DLS 和 ELS 所涉及的技术的相似性，市场上的大多数系统（包括我们的 Zetasizer Advance 系列）都提供这两种技术。两者兼而有之，可以让您更全面地了解微粒行为，并确保您准备好迎接实验室未来的挑战。此外，即使您只是对 ELS 测量感兴趣，明智的做法是在测量前后进行一次 DLS 测量，以检查电压的应用是否影响了样品的粒度特性。最后，我们的“Ultra Red”型号也提供颗粒浓度测量（它几乎与专用的小角度 X 射线散射或单颗粒 ICP-MS 系统一样好）。
- 测量角度：许多制造商谈论这个指标的方式经常会引起混淆。多年来，标准测量角度为 90°，其优点是只需要简单的光学设计，并且仍然受到喜欢使用长期方法（或预算有限）的分析师的欢迎。但是，您可以通过使用反向散射测量（通常为 170–175°）来改进此基本功能。与 90°测量相比，这会将测量体积增加八倍（提高了低浓度的灵敏度），并将焦点移向细胞壁（无需稀释混浊样品来避免多重散射的混淆效应）。
- 多角度：与上述要点相关的是在多角度进行测量的能力，以及由此可以获得的粒度分辨率的显著改善。例如，我们的 Zetasizer Ultra 型号上使用的 MADLS® 方法在三个角度进行测量，但随后将原始数据组合在一起，从而生成一个与角度无关的单一结果，该结果比在任何单角度获得的结果都具有更高的信噪比和更高的精度。
- 样品量：在许多材料应用中，样品并不短缺，您将能够使用
常规试管体积（通常大于 1 mL）。但是，如果您的样品量可能受到限制，您需要检查您可以使用的最低样品量，并且仍然可以获得良好的结果（Zetasizer 可以处理低至 3 μL 的粒度测量，或 20 μL 的 Zeta 电位测量）。 - 颗粒粒度范围：DLS 可以测量的颗粒粒度变化很大——从粒度小于 1 nm 的纳米颗粒到直径高达 10 μm 的颗粒胶体悬浮液。ELS 的值略有不同。但是，不要只看仪器可能的最大和最小粒度：真正重要的是您需要的粒度范围，以及仪器是否针对它进行了优化。只有在这个范围内，您才能获得最具重现性的结果。
- 浓度范围：在材料应用中，浓度限制和范围非常依赖于样品，尽管通常更需要测量更高的浓度，例如油墨和颜料。因此，我们很清楚 Zetasizer Advance 系统可以处理从 0.1 mg/mL 乳胶溶液到高达 40 wt% 固体悬浮液的各种情况。
- 激光能量：这是此列表中比较奇怪的一项，因为虽然稍高的功率对于较低浓度的样品很有用，但一般来说，激光功率并不是性能的良好指南。我们的系统使用 4 mW 或 10 mW 激光器，结合高效的光学设计和其他灵敏度增强功能，如 NIBS（请参阅第 3 节中的“浓度非常低或非常高的样品”），即使是最具挑战性的样品也能获得出色的结果。然而，一些制造商为了达到这样的性能，已经将激光功率提高到 40 mW 甚至 100 mW。但是这也带来了样品加热和更多噪音的风险，并且由此导致的粘度变化会严重影响您的结果。因此，重点关注性能，而不是功率。
这样，在本节结束时，技术规格显然是决策流程的重要组成部分，您可以单击此处详细了解 Zetasizer Advance 系列所提供的信息。但请记住，规格需要与仪器的其他功能以及它们为您的特定样品提供的性能结合起来考虑。
从激光穿过样品到检测器，再到相关器，DLS 测量依赖于硬件组件的完整性和分析软件中算法的复杂性。
3.您是否厌倦了每次都必须检查是否可以分析新的样品类型？
客户在购买 DLS/ELS 系统时面临的一个挫折是，该技术的成功很大程度上取决于样品的确切性质。这通常使得在分析任何稍微不寻常的事情之前，有必要与技术专家进行详细讨论。虽然我们一直很乐意讨论您的应用，但我们理解您不希望一周中的每一天都这样做，因此我们尝试使我们的 Zetasizer 系统尽可能具有多功能性。
因此，在考虑购买 DLS/ELS 系统时，请检查它是否可以处理以下类型的样品：
- 非球形颗粒：传统的 DLS 假设颗粒是球形的，因此如果情况并非如此，那么标准数据处理所得到的结果将无法反映真实的颗粒粒度。解决方法是利用非球形颗粒的旋转扩散导致散射光去极化这一事实。在我们设计的“去极化 DLS”技术中，将垂直和水平极化的程度
与球形颗粒的预期极化程度进行比较，从而得出颗粒可能偏离球形的结论。这使得在数据处理过程中可以留有余地。 - 荧光颗粒：荧光会干扰 DLS 测量，因为光是不相关的，这会在数据中产生更多的“噪音”。在 Zetasizer 仪器上，如果您知道您的样品发出荧光（或者仪器检测到它发出荧光），您可以在光路中引入一个窄带滤光片，它可以滤除荧光并降低其对数据质量的影响。
- 超大颗粒：在标准样品试管中测量较大颗粒可能很困难，因为热对流引起的颗粒运动掩盖了导致散射的布朗运动。低容量一次性毛细管样品池避免了这种热对流，可以更轻松地测量较大颗粒 (1–10 μm) 的颗粒粒度。
- 电场敏感颗粒：一些颗粒（特别是蛋白质，但也可能是某些聚合物、有机框架材料和胶体凝胶）可以通过施加用于 ELS 的电场而降解。在我们的系统上，这可以通过使用“粒度–Zeta–粒度”协议进行测试（而这正是在同一仪器上使用 DLS 和 ELS 的好处之一）。但是，如果您定期运行电敏感样品，那么值得使用我们的折叠毛细管样品池之一，并使用我们的“扩散屏障技术”加载样品。这将引入一个小样品塞（例如 20 μL），通过溶解样品的相同缓冲液与电极分离，确保样品远离电极（大部分损坏发生在电极处）。
另请注意，当您比较仪器时，电场强度 (V/cm) 才是降解的决定因素，而不是电压或电流本身。 - 高导电性样品：在 ELS 测量过程中，具有高离子强度（因此具有高导电性）的样品可能会在电极上出现离子积聚，从而导致电流减少。实时补偿电路（例如我们的“恒流 Zeta”技术）保持电流不变，避免结果出现错误。此类样品的 Zeta 电位也可能被带电颗粒的净流（称为电渗）扭曲，但这可以通过在高频（不发生电渗的情况下）进行测量来解决，并用低频测量来补充这一点，以恢复分布信息。这被称为混合模式测量（“M3”），并在我们的 M3-PALS 方法中实现。
- 浓度极低或极高的样品：我们的非侵入式背散射 (NIBS) 技术通过两种方式增加动态范围。首先，与 90°系统相比，它可以增加检测体积，从而在低浓度下获得更好的分辨率和灵敏度。此外，因为它使用反向散射光，所以它将散射体积保持在试管前部附近，这意味着减少了由高浓度样品的多次散射引起的问题。
- 不透明样品：出于同样的原因，NIBS 对于高浓度样品很有用（见上文），它也可以帮助处理不透明样品，如本视频所示。
Zetasizer Advance 上的 NIBS 技术即使在高度不透明的样品中也能自动找到最佳测量位置。借助 ZS XPLORER 中的数据指导，您可以决定（蓝色痕量）是否使用原样样品或稀释样品，并且您可以在知情的情况下选择是否稀释以及稀释程度。
4.您是否担心您的样品制备可能会让您失望？
样品制备中出现问题的原因可能仅仅是因为其重要性未被充分认识，但更常见的是因为所涉及的学习曲线——需要数月甚至数年时间来学习如何制备样品以获得最佳结果。
但是，如果您等不了那么久，您可以购买一个系统（如我们的系统），帮助您避免一些日常样品制备问题，让您的生活变得更轻松。以下是一些注意事项：
- 一次性聚苯乙烯试管消除了清洁问题，这意味着如果您想保留样品，就无需将其转移到新容器中。
- 软件协议（我们的“自适应相关”算法）可以发现数据中的瞬态波动，从而从计算中消除灰尘的影响（请参阅第 5 节中的“分析是否考虑了灰尘的影响？”）。识别瞬态的软件减少了在测量之前过滤样品和分散剂的需要。
- 该仪器处理高浓度样品的能力减少了稀释的需要以及由此经常产生的误差。
- 我们的低容量易装载毛细管样品池采用巧妙的按扣方法，使得处理更少量的材料变得更加容易。
总之，值得花时间来微调您的样品制备程序，并了解可消除样品制备错误的仪器功能。
(A) 我们的低容量毛细管样品池支架允许从低至 3 μL 的样品中进行测量。获得专利的按扣可降低玻璃毛细管破裂的风险。
(B) 我们用于 ELS 测量的完全一次性毛细管样品池——适用于扩散屏障技术。
(C) 我们的插入式样品池可让您测量水性和非水性分散剂中的 Zeta 电位。
(D) 我们易于填充的光学质量试管是适用于各种样品类型的经典产品。
5.您是否考虑过您将获得的数据的可靠性？
DLS 和 ELS 的本质意味着结果对样品的变化、仪器的缺陷以及环境条件的波动高度敏感。因此，仅仅拥有一个能够生成结果的系统是不够的，您需要对这些结果有信心。
您如何实现这一目标？通过重点关注对数据质量有贡献的小细节。对所有这些细节的关注可以帮助您将真正好的仪器与那些仅仅够用的仪器区分开来。
因此，当您为材料应用购买 DLS/ELS 系统时，问问自己有什么可以增强对结果的信心。您应该会发现这个问题列表是一个很好的起点。
- 分析是否考虑了灰尘的影响？即使使用了最好的样品制备，样品中也会不时出现聚集体、灰尘和其他不需要的颗粒，这可能会导致短暂或“瞬态”散射事件，从而扭曲结果。我们的“自适应相关”方法将 DLS 数据分类为稳态数据或瞬态数据，然后只有前者用于大小计算。（为了避免您担心，我们不会丢弃任何数据 - 我们只是根据子运行的统计相关性来标记子运行，因此如果您想查看，所有内容都仍然存在）。
- 系统是否能够准确测量温度，并最大限度地降低温度波动的风险？测量过程中任何意外的温度波动都意味着粘度的变化，从而导致颗粒迁移率的变化，因此粒度或 Zeta 电位结果会出现误差。为了克服这些担忧，您需要对仪器中激光器的质量、探测器的灵敏度以及光学组件的稳固性感到满意。例如，所有关键组件是否都固定在单片光学工作台上，仪器在测量前是否确保温度稳定
- 系统可容纳什么类型的试管？具有最佳光学质量的试管可提供最可靠的结果。如这篇博文所述，我们提供了涵盖所有应用的广泛范围。
- 系统处理多种颗粒粒度的能力如何？这取决于粒度分辨率——仪器区分同一样品中不同粒度颗粒的能力。幸运的是，光在不同角度散射方式的差异可以提供有关颗粒粒度的其他信息，因此，通过在多角度进行测量，您可以提高分辨率。但要注意的是，一些制造商的仪器只是为您提供所有结果，然后让您自己找出合适的答案。在我们的 MADLS 方法中，我们为您进行数学计算，并为您提供一个结果。算法很复杂，但您可以单击此处了解更多信息。
- 系统是否考虑了 Zeta 电位测量中的电荷屏蔽？在高导电性溶液中，离子会在电极上积聚，最终导致电流减少。我们的“恒流 Zeta”方法使用实时补偿电路来维持原始电流，因此可确保 Zeta 电位保持准确。
- 系统是否消除了电渗对 Zeta 电位测量的影响？电渗是指在高导电性溶液上施加电场，导致带电颗粒的净流动，从而扭曲所获得的 Zeta 电位。我们的 M3-PALS 方法通过测量高频（不发生电渗）样品的迁移率来解决这个问题，然后使用结果来校正低频测量。
- 该软件是否可以帮助您确定结果的可靠性？如果您能在继续分析之前检查一下您的结果是否大致正确，那不是很好吗？这正是我们的“数据质量指南”软件所做的——它使用自动神经网络根据已知问题的数据库评估原始数据，还就如何纠正其发现的任何问题提供建议。自适应相关通过对引起灰尘、聚集体或污染物的罕见事件进行分类，提高了 DLS 颗粒粒度测量的可重复性。
6.您是否需要让您的生活变得更轻松而不是更困难的软件？
市场上的许多仪器都有复杂的软件界面，很难学习。但在我们用于 Zetasizer Advance 系列的 ZS XPLORER 软件中，我们最大限度地提高了处理性能，同时保持一切易于使用：
• 我们使用以样品为中心的工作流程来优化测量设置，并根据您对样品、测量条件和所需变量的输入提供建议。因此，只需添加样品信息，选择测量类型并按“运行”即可。
• 我们简化了序列设置自动化，帮助您更高效地工作。
• 我们以图形化的方式传达尽可能多的结果信息，使关键事实一目了然，避免长而复杂的列表。
• 我们的“数据质量指南”软件使用在超过 100,000 个数据集上训练的自动神经网络，就如何纠正其在颗粒粒度结果中发现的任何问题提供建议。
所有这些都使您能够运行样品并快速轻松地分析结果，无论您是新用户还是经验丰富的用户。结果是进一步提升样品处理量，使您能够完成更多的工作（或更早回家！）。但是，了解该软件将为您做什么的最佳方式是看它的实际运行效果：何不预订一场远程演示呢？ - 该仪器可以为您提供哪些“幕后”数据？如果您不确定结果的可靠性，仔细检查数据以查看是否存在任何潜在问题可能非常有用。并非所有系统都这样做，但是在 Zetasizer 仪器上，软件会告诉您测量是否受到不必要的计数变化、不良基线或不良相关函数的影响。
自适应相关通过对引起灰尘、聚集体或污染物的罕见事件进行分类，提高了 DLS 颗粒粒度测量的可重复性
6.您是否需要让您的生活变得更轻松而不是更困难的软件？
市场上的许多仪器都有复杂的软件界面，很难学习。但在我们用于 Zetasizer Advance 系列的 ZS XPLORER 软件中，我们最大限度地提高了处理性能，同时保持一切易于使用：
- 我们使用以样品为中心的工作流程来优化测量设置，并根据您对样品、测量条件和所需变量的输入提供建议。因此，只需添加样品信息，选择测量类型并按“运行”即可。
- 我们简化了序列设置自动化，帮助您更高效地工作。
- 我们以图形化的方式传达尽可能多的结果信息，使关键事实一目了然，避免长而复杂的列表。
- 我们的“数据质量指南”软件使用在超过 100,000 个数据集上训练的自动神经网络，就如何纠正其在颗粒粒度结果中发现的任何问题提供建议。
所有这些都使您能够运行样品并快速轻松地分析结果，无论您是新用户还是经验丰富的用户。结果是进一步提升样品处理量，使您能够完成更多的工作（或更早回家！）。
但是，了解该软件将为您做什么的最佳方式是看它的实际运行效果：何不预订一场远程演示呢？
7.您是否厌倦了不断为颗粒浓度测量设置新的校准曲线？
测量颗粒浓度（除了粒度和 Zeta 电位）的能力是市场上一些系统的一项有用功能。但需要注意的是，基于光传输的系统要求您在每次更改样品类型时执行多点校准。不仅如此，结果也只能用总浓度的百分比来表示（按定义您是不知道的！）。
我们有一种不同的方法——基于我们之前描述的 MADLS 技术的扩展（请参阅第 2 节中的“多角度”）。您可以单击此处阅读有关其工作原理的更多信息，但最终结果是粒度分布中每个峰值的每 mL 颗粒数。MADLS 方法不依赖于样品类型，这意味着您可以快速获取大量样品类型的颗粒浓度数据，而无需校准。该软件还提供指南，以确保收集的颗粒粒度数据也适用于确定浓度。
MADLS 方法结合了在不同散射角度收集的三组独立数据，允许从双峰或三峰样品中获得浓度和颗粒粒度，而无需校准。
8.您在实验室里感觉“只能靠自己”吗？
使用 DLS/ELS 获得良好的结果取决于很多因素，因此要考虑您的系统供应商将为您提供多大程度的支持。在 Malvern Panalytical，我们知道这对我们的客户很重要，我们站在你们一边。
除了软件中内置的“帮助”功能让您知道测量数据何时出现错误之外，我们还会随时与您讨论您的应用，为您的样品提供建议，
并帮助您解决问题。我们还为偏远或受限地区提供“智能安装”选项，并提供广泛的视频和指南库，以及当面、课堂和远程培训选项。
因此，请将我们视为您团队的一部分，我们将随时帮助您完成工作——无论您是在偏远的地方，还是只是在没有其他人运行 DLS 或 ELS 分析的实验室中。
凭借 40 多年的光散射经验，我们有能力帮助您应对一些复杂的问题，从而从粒度或 Zeta 测量中获得良好的结果——只需询问我们即可！
结论
现在您会清楚地看到，DLS/ELS 仪器是敏感的光学工作台，并且光散射分析非常复杂。应用通常各不相同，并且样品制备和分析都需要专业知识。
此外，随着应用的不断发展，您可能会寻求更高的性能、更高级的功能和专家建议。
因此，如果您因为“它们看起来都差不多”而考虑购买一款便宜的仪器，那么请花点时间考虑一下内心的平静对您来说有重要。诚然，配备全天候支持、免费软件更新、保修、培训机会和快速升级的仪器可能会花费更多的前期费用。但作为回报，您将获得更好的性能和易用性，可用于日常分析的最长正常运行时间，以及您已准备好应对任何挑战的信心。
在本文档中，我们为您提供了一些关于 DLS/ELS 系统的哪些功能可能对您来说最重要的想法，以及（我们希望）考虑使用马尔文帕纳科仪器的一些充分理由。
如果您想与我们的专家交谈，我们随时可以与您进行友好的交谈。
