动态光散射标准样品测量方法-2：TEM和DLS粒度比较

测量乳胶标准样品

                                使用 动态光散射

TEM和DLS测量的尺寸比较

不同的测量技术将测量粒子的不同特性，因此在从所测量的特性中解释尺寸时会给出不同的结果。

因此，经常会出现的问题是哪个结果更正确？对于很多人来说“眼见为实”，因此电子显微镜的结果是“正确”的。事实上，为电子显微镜检查准备的样品通常受到粗暴处理，这种处理可能会扭曲软材料如聚合物乳胶，并改变或掩盖表面结构。

它可以使某些类型的材料如表面活性剂聚集体的尺寸测量成为不可能。相比之下，DLS测量分散粒子的在其原生环境中的水力学直径。

任何表面结构如吸附的聚合物层，或影响粒子布朗运动的电双层的变化，都会改变有效粒径[5]。

增加表面结构或通过使用非常低盐分散剂来扩大电双层，会减少布朗运动并增加测得的尺寸。由于这些原因，非光滑、硬球形粒子的水力学尺寸或DLS尺寸通常比TEM尺寸大。

DLS测量乳胶标准样品的样品制备

对于具有90°检测角度的仪器（例如，Zetasizer Nano S90，μV或APS），所有乳胶标准样品都以对DLS测量来说浓度过高的浓度（通常为1%w/v）供应。过于集中的样品会产生多重散射，导致表观尺寸过小。因此，应使用10mM NaCl稀释乳胶分散体，之前已讨论过，且经过0.2微米过滤。

对于具有可变测量位置的反向散射检测仪器（例如，Zetasizer Nano S或ZS），可以在原始浓度下测量乳胶。可变测量位置导致的光路长度缩短可减少多重散射。

然而，任何乳胶的最终浓度都应使结果不依赖于实际浓度[2,3]，且最佳浓度依赖于乳胶的大小。

各种Thermo Scientific Nanosphere 3000、2000和4000系列尺寸标准按照该应用说明进行制备并在多个Zetasizer仪器上进行测量。其中一些标准在原始浓度下测量，另一些则稀释在10mM NaCl中，或在13% w/v蔗糖溶液中制备。

聚苯乙烯乳胶球的密度接近于13% w/v蔗糖溶液的密度，从而减少乳胶的沉降问题。此应用说明中使用的各种乳胶标准的浓度和稀释剂如表1所示。

结果和讨论表1总结了通过DLS测量获得的各种乳胶标准样品的结果。表中包括所使用乳胶的详细信息（显示Thermo零件号在括号中）、认证的（#）或水力学(*)尺寸范围、测量乳胶时的浓度、制备使用的稀释剂、进行测量使用的仪器以及每个乳胶获得的z-平均直径。

Thermo提供的所有标准都有认证的尺寸范围，但有些也具有水力学尺寸范围。认证的尺寸范围(#)是通过透射电子显微镜获得的并且可追溯到NIST。水力学尺寸范围(*)是通过DLS测定的。

结果显示乳胶标准样品可以在较广的浓度范围内测量。Zetasizer Nano使用的反向散射检测允许某些乳胶样品在原始浓度下测量，即1% w/v。随着乳胶粒子尺寸增加，数量波动和沉降的问题变得重要。

在DLS测量期间，由于粒子的布朗运动，散射光的强度会波动。散射强度与样品浓度成正比，因此散射体积内的粒子数量在整个测量过程中应保持恒定。然而，随着粒子尺寸的增加，散射体积中的粒子数量减少，直到散射体积中粒子的瞬时数量会严重波动。

数量波动被定义为在DLS测量过程中散射体积内粒子数量的变化。为了避免数量波动，需要增加样品的浓度。

然而，这将增加多重散射效应，反过来会影响获得的结果。组合使用反向散射检测和可变测量位置，允许测量更高的样品浓度，从而避免数量波动问题。数量波动通常表现为相关函数中的基线上升和波动。

测量大型粒子时，DLS的第二个问题是沉降。所有粒子都会沉降，速率取决于粒子尺寸和粒子与悬浮介质的相对密度。对于DLS，沉降速率应远小于扩散速率。大粒子扩散慢，因此沉降是一个更重要的问题。

通过检查相同样品的重复测量结果的计数率稳定性可以确定沉降的存在。

随着连续测量次数减少的计数率表明存在沉降，Zetasizer软件中的专家建议系统将提示用户注意此情况。

如果粘度没有显著增加，将粒子悬浮在密度相似的介质中可能是有利的。对于此应用说明中3、6和8.9μm乳胶的测量，样品在13% w/v蔗糖中制备，其密度与乳胶相同。

对于3、6和8.9μm乳胶样品，使用DLS技术获得的结果在预期的尺寸范围内。它们在浓度0.15至0.24% w/v之间测量。这些结果证实了通过反向散射检测最小化多重散射效应，并且数量波动和沉降未影响获得的结果。

参考资料
[1] R. Pecora (1985) 动态光散射：光子相关光谱学的应用。Plenum Press, New York.
[2] 国际标准ISO13321 (1996) 粒度分布测定方法第8部分：光子相关光谱学。国际标准化组织（ISO）。
[3] 国际标准ISO22412 (2008) 粒度分析：动态光散射（DLS）。国际标准化组织（ISO）。

[4] 国家标准与技术研究院 (NIST) ( www.nist.gov ).
[5] R.S. Chow 和 K. Takamura (1988) J. Colloid. Int. Sci, 125, 266.