纳米颗粒的折射率有多重要？

折射率和吸收对纳米颗粒重要吗？

摘要：我们讨论了金、银、钛及其他纳米颗粒的折射率。在这篇文章中，我们也指出了一些聚合物的折射率。最后，我们探讨了在动态光散射（DLS）中折射率是否始终需要。

一般来说，散射材料的光学特性对观察到的散射行为有着巨大的影响。Mie理论可以完全描述这些现象。因此，Mie理论是最佳选择。例如，散射材料的折射率n和吸收k会影响散射强度。因此，对于许多对纳米材料尺寸感兴趣的研究人员来说，材料本身的光学特性是未知的。在这种情况下，我们该怎么办？

纳米颗粒光学特性需要考虑的因素（Zetasizer）

首先，散射量与材料的特性直接相关。然而，对于动态光散射（DLS）来说，材料的特性在实验设置中虽然经常被要求，但可能不相关。但如果只需要强度的平均尺寸和强度的平均多分散度（PDI），那么产生强度的材料并不重要。当强度尺寸分布被转换为体积或数量分布时，材料特性才起作用。在这种情况下，我们必须确切知道每个纳米颗粒散射了多少光。为了预测这一点，Mie理论需要该颗粒的折射率和吸收。
其次，对于小于100nm的小纳米颗粒，材料特性甚至可能无关紧要。因此，通过DLS获得的体积分布在这种情况下不会显著变化。

折射率对zeta电位重要吗？

电泳迁移率。只有分散剂特性会起作用。因此，原则上您不需要为zeta电位测量输入任何参数。然而，软件确实要求选择一种材料。

常见问题：那么，折射率和吸收对于纳米颗粒有多重要？

一般来说，散射材料的光学特性对观察到的散射行为有着巨大的影响。Mie理论可以完全描述这些现象。因此，Mie理论是最佳选择。例如，散射材料的折射率n和吸收k会影响散射强度。结果，对于许多研究纳米材料尺寸范围的研究人员来说，材料本身的光学特性是未知的。在这种情况下，我们该怎么办？

纳米颗粒光学特性需要考虑的因素（Zetasizer）

1. 首先，散射量与材料的特性直接相关。然而，对于动态光散射（DLS）来说，材料的特性在实验设置中虽然经常被要求，但可能不相关。但如果只需要强度的平均尺寸和强度的平均多分散度（PDI），那么产生强度的材料并不重要。当强度尺寸分布被转换为体积或数量分布时，材料特性才起作用。在这种情况下，我们必须确切知道每个纳米颗粒散射了多少光。为了预测这一点，Mie理论需要该颗粒的折射率和吸收。
2. 其次，对于小于100nm的小纳米颗粒，材料特性甚至可能无关紧要。因此，通过DLS获得的体积分布在这种情况下不会显著变化。

折射率对zeta电位重要吗？

同样地，对于zeta电位来说，材料特性对电泳迁移率的计算没有贡献。只有分散剂特性才起作用。因此，原则上您不需要为zeta电位测量输入任何参数。然而，软件确实要求选择一种材料。

尝试一个数值来看看效果！

除了上述两点，您还可以模拟折射率值来看看会发生什么：

• 例如，您可以自己验证材料特性的效果。为说明如何做到这一点，首先编辑一个现有的数据记录（突出显示记录，右键单击，编辑记录）。之后，给它一个新的样品名称[例如 “钨样品，n=1.6 和 abs=0.01”]。然后，您可以编辑材料特性[点击旁边的虚线框，添加，输入材料名称及其相关的折射率和吸收]，然后确认。结果，您文件中会出现一个包含新分析参数的原始记录副本。通过突出显示这两个记录[按住Ctrl键并突出显示两者]，现在可以叠加并比较这两种不同方法的结果。
  您随后可以确认在强度分布结果上没有差异（对于z-average和多分散度也是如此）。
  因此，您可以直接观察散射材料的材料特性变化对体积分布的影响。
• 此外，一些纳米材料的光学特性可以通过谷歌找到。例如，下面是常见纳米材料的折射率和吸收值的简短列表。澄清一下，这是针对波长为λ=632nm的氦氖激光器（用在Zetasizer中）。

选择纳米颗粒的折射率属性

总结来说，在下表中我们列出了一些常见材料。其中一些——但并非全部——是标准软件参数列表的一部分。

选择材料特性表
样品材料	折射率	吸收
脂质体 #
磷脂	n=1.45	k=0.001
外泌体	n=1.37 – 1.39*	k=0.01
微囊泡 (> .2µm)	n=1.40*	k=0.01
纳米颗粒和胶体
金 [Au]	n=0.20	k=3.32
银 [Ag]	n=0.135	k=3.99
铂 [Pt]	n=2.32	k=4.16
钯 [Pd]	n=1.77	k=4.29
TiO2	n=2.41	k=0.001
SiO2	n=1.54	k=0.00
PFOB乳液	n=1.305	k=0.10
纳米金刚石	n=2.42	k=0.00
大分子
蛋白质	n=1.45	k=0.001
聚苯乙烯	n=1.59	k=0.01

^# “光散射和浊度的直角光散射法对脂质体的光学表征” Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes 1467, 1,  219-226 (2000)
* “通过纳米颗粒追踪分析测量的折射率显示细胞外囊泡的异质性” 精细细胞外囊泡杂志 2014, 3:25361 DOI: 10.3402/jev.v3.25361 (2014)
+ 此外，polymacemac数据库中“无定形聚合物的折射率”有相关列表。

总而言之，简短的答案是：即使没有这些参数，我们也可以通过DLS从纳米颗粒中获取有用的信息。

资源

• 最重要的是，强度 – 体积 – 数量 – 哪种大小是正确的展示了不同的分布表示。
• Mie理论是什么？：百年历史的讲座
• 动态光散射 – 常用术语定义，以便您可以理解它们。
• 与本文相同的思路，Malvern参考手册：样品分散和折射率指南 (MAN0396-1-0) 中列出了衍射的值。
• 此外，常用溶剂的介电常数（来自UMass）的列表对zeta点也有用。

往期回顾

• 哪种尺寸是正确的？ (强度-体积-数量)？
• GPC样品制备的十大建议
• OmniSEC软件3分钟演示。

最后，如果您有任何问题，请发送电子邮件至 ulf.nobbmann@malvern.com – 谢谢！