納米粒度分析2011

1、鄭秀玉1、布朗運(yùn)動布朗運(yùn)動 1827年植物學(xué)家布朗在用顯微鏡觀察水中懸浮的極小年植物學(xué)家布朗在用顯微鏡觀察水中懸浮的極小的花粉微粒時，發(fā)現(xiàn)花粉微?？偸窃诓煌５刈鳠o規(guī)則的運(yùn)的花粉微粒時，發(fā)現(xiàn)花粉微?？偸窃诓煌５刈鳠o規(guī)則的運(yùn)動。后來人們就把這種運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動。動。后來人們就把這種運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動。Stokes-Einstein 方程：D ： 擴(kuò)散系數(shù) 其中， d(H) ：顆粒粒徑；k ： 波茲曼常數(shù)；T ： 絕對溫度；h ： 粘度；d(H) = kT3 p h Dl 顆粒越大，布朗運(yùn)動速度越慢顆粒越大，布朗運(yùn)動速度越慢l 溫度越高，運(yùn)動越快溫度越高，運(yùn)動越快l 粘度越大，運(yùn)動越慢粘度越大，運(yùn)動越

2、慢布朗運(yùn)動是指由于溶劑分子的轟擊使顆粒作隨機(jī)無規(guī)則的運(yùn)動。布朗運(yùn)動是指由于溶劑分子的轟擊使顆粒作隨機(jī)無規(guī)則的運(yùn)動。2 2、光子相關(guān)光譜法（光子相關(guān)光譜法（PCS-Photon PCS-Photon Correlation SpectroscopyCorrelation Spectroscopy） 光子相關(guān)光譜法（光子相關(guān)光譜法（PCSPCS）：）：測量懸浮液中做布測量懸浮液中做布朗運(yùn)動的粒子數(shù)和粒徑之間的關(guān)系。也稱作動朗運(yùn)動的粒子數(shù)和粒徑之間的關(guān)系。也稱作動態(tài)光散射（態(tài)光散射（Dynamic Light Scattering ，DLS）。）。納米粒度分析儀測量的參數(shù)：納米粒度分析儀測量的參數(shù)：

3、 顆粒的平均粒徑顆粒的平均粒徑 粒徑分布的寬度粒徑分布的寬度光源（激光）照射顆粒，顆粒散射光。光源（激光）照射顆粒，顆粒散射光。Screen 兩個固定的顆粒、光束反向、散射光強(qiáng)度降低。 Screen兩個固定的顆粒、光束同向、散射光強(qiáng)度增加。 Screen 很多顆粒、很復(fù)雜的光強(qiáng)度模式。 Large ParticlesTimeIntensity作布朗運(yùn)動的分散顆粒的散射光強(qiáng)度作布朗運(yùn)動的分散顆粒的散射光強(qiáng)度I I（t t）沿時間軸而起伏沿時間軸而起伏漲落，提供分散顆粒的運(yùn)動信息。漲落，提供分散顆粒的運(yùn)動信息。 光信號變化慢，布朗運(yùn)動速度慢光信號變化慢，布朗運(yùn)動速度慢，顆粒大。顆粒大。 光信號變化

4、快，布朗運(yùn)動速度快光信號變化快，布朗運(yùn)動速度快，顆粒小；顆粒??； 信號改變平緩信號改變平緩：信號變化慢，布朗運(yùn)動慢，顆粒大；信號變化慢，布朗運(yùn)動慢，顆粒大； 信號改變陡信號改變陡：信號變化快，布朗運(yùn)動快，顆粒小。信號變化快，布朗運(yùn)動快，顆粒小。散射光強(qiáng)度的時間自相關(guān)函數(shù)散射光強(qiáng)度的時間自相關(guān)函數(shù)G G2 2（）：本質(zhì)上是時間差本質(zhì)上是時間差的的一個指數(shù)衰減函數(shù)。相關(guān)器能反映出光信號變化快慢情況。它一個指數(shù)衰減函數(shù)。相關(guān)器能反映出光信號變化快慢情況。它是把前面的信號測完后先保存下來，后面信號與前面信號相比是把前面的信號測完后先保存下來，后面信號與前面信號相比較。較。相關(guān)器相關(guān)器：能反映出光信號變

5、化快慢情況。能反映出光信號變化快慢情況。樣品是大顆粒的典型的相關(guān)關(guān)系圖：樣品是大顆粒的典型的相關(guān)關(guān)系圖：樣品是小顆粒的典型的相關(guān)關(guān)系圖：樣品是小顆粒的典型的相關(guān)關(guān)系圖： 00.10000.20000.30000.40000.50.60000.70000.80000.90000.100010.1000.1.e+51.e+71.e+9Correlation CoefficientTime (us)Raw Correlation Data大顆粒，中等分布寬度，存在非常大的顆粒大顆粒，中等分布寬度，存在非常大的顆粒00.10000.20000.30000.40000.50.60000.70000.10

6、0010.1000.1.e+51.e+71.e+9Correlation CoefficientTime (us)Raw Correlation Data非常小的顆粒，中等分布寬度，不存在大顆粒非常小的顆粒，中等分布寬度，不存在大顆粒00.10000.20000.30000.40000.50.60000.70000.80000.100010.1000.1.e+51.e+71.e+9Correlation CoefficientTime (us)Raw Correlation Data非常大的顆粒，高分布寬度，存在非常大的顆粒非常大的顆粒，高分布寬度，存在非常大的顆粒I a d6 0246810

7、110100100010000Intensity (%)Diameter (nm)Size Distribution by IntensityRecord 41: Hb in PBS根據(jù)米氏理論，知道顆粒的折射率與吸光率：根據(jù)米氏理論，知道顆粒的折射率與吸光率：體積與粒徑的關(guān)系體積與粒徑的關(guān)系數(shù)量與粒徑的關(guān)系數(shù)量與粒徑的關(guān)系光強(qiáng)度與粒徑的關(guān)系光強(qiáng)度與粒徑的關(guān)系V a d3 051015110100100010000Volume (%)Diameter (nm)Size Distribution by VolumeRecord 41: Hb in PBSNa d05101520251101001

8、00010000Number (%)Diameter (nm)Size Distribution by NumberRecord 41: Hb in PBSNUMBERVOLUME=pr343INTENSITY= d 6Diameter (nm)Relative % in class5101005011Diameter (nm)Relative % in class51010050110001Diameter (nm)Relative % in class5101005011,000,000二、二、PCSPCS儀器介紹儀器介紹 測量范圍：0.6nm6000nm1 1、激光：使用固、激光：使用固

9、定波長為定波長為632.8632.8nmnm的單色連續(xù)的氦的單色連續(xù)的氦氖激光作光源；氖激光作光源；2 2、樣品池；、樣品池；3 3、光學(xué)系統(tǒng)和檢、光學(xué)系統(tǒng)和檢測器測器4 4、主光束截止器；、主光束截止器；5 5、相關(guān)器；、相關(guān)器；6 6、計(jì)算單元、計(jì)算單元三、樣品的制備和檢查三、樣品的制備和檢查 （一）分散介質(zhì)（一）分散介質(zhì)樣品應(yīng)在液體介質(zhì)中有良好的分散性。分散介質(zhì)應(yīng)滿足下樣品應(yīng)在液體介質(zhì)中有良好的分散性。分散介質(zhì)應(yīng)滿足下列要求：列要求：a a）對激光波長應(yīng)是透明（不吸收）的。對激光波長應(yīng)是透明（不吸收）的。b b）與儀器所用的材料相容。與儀器所用的材料相容。c c）樣品顆粒在該液體介質(zhì)中不

10、溶解、不膨脹、不團(tuán)聚。樣品顆粒在該液體介質(zhì)中不溶解、不膨脹、不團(tuán)聚。d d）其折射率與顆粒的折射率不同。其折射率與顆粒的折射率不同。e e）已知其折射率數(shù)及粘度，準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于已知其折射率數(shù)及粘度，準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于0.5%0.5%。f f）應(yīng)充分過濾。應(yīng)充分過濾。無灰塵或污染的分散介質(zhì)在儀器中不產(chǎn)生散射信號（或信無灰塵或污染的分散介質(zhì)在儀器中不產(chǎn)生散射信號（或信號極低）。號極低）。（二）樣品顆粒的濃度（二）樣品顆粒的濃度 （三）樣品的溫度（三）樣品的溫度給定樣品準(zhǔn)確的溫度，計(jì)算出樣品的粘度。給定樣品準(zhǔn)確的溫度，計(jì)算出樣品的粘度。樣品的溫度必須穩(wěn)定，溫度改變會使樣品池內(nèi)產(chǎn)生對流從而使樣品的溫度必須穩(wěn)定

11、，溫度改變會使樣品池內(nèi)產(chǎn)生對流從而使峰變寬。峰變寬。（四）樣品的折射率（四）樣品的折射率顆粒散射光的產(chǎn)生是由于樣品與分散介質(zhì)具有不同的折射率。顆粒散射光的產(chǎn)生是由于樣品與分散介質(zhì)具有不同的折射率。折射率的差異越大，樣品發(fā)生散射的動力越大。折射率的差異越大，樣品發(fā)生散射的動力越大。（五）樣品的吸光度（五）樣品的吸光度光通過樣品后被吸收的程度。光通過樣品后被吸收的程度。（六）樣品的制備（六）樣品的制備 1 1、溶劑的凈化、溶劑的凈化 過濾（灰塵）、過濾（灰塵）、 0.2 0.2umum的一次性過濾器的一次性過濾器 金屬離子的影響（水純化系統(tǒng)來凈化水）金屬離子的影響（水純化系統(tǒng)來凈化水） 2 2、樣

12、品池的清潔、樣品池的清潔 3 3、溶液、溶液/ /懸浮液的制備懸浮液的制備溶液溶液/ /懸浮液的制備：懸浮液的制備：1 1、最重要的是用純化的和經(jīng)過濾的液體沖洗每件東西（包括樣品池、最重要的是用純化的和經(jīng)過濾的液體沖洗每件東西（包括樣品池和蓋子、稀釋瓶和蓋子、移液管或注射器、裝緩沖液和表面活性劑的和蓋子、稀釋瓶和蓋子、移液管或注射器、裝緩沖液和表面活性劑的玻璃器皿）。用純化的和經(jīng)過濾的液體制備緩沖液和表面活性劑。玻璃器皿）。用純化的和經(jīng)過濾的液體制備緩沖液和表面活性劑。2 2、在制備樣品的最后階段，為了減少再次引入灰塵的機(jī)會，要將液、在制備樣品的最后階段，為了減少再次引入灰塵的機(jī)會，要將液體與空氣的接觸減到最少。只要可能，使用直接的連接，避免接觸空體與空氣的接觸減到最少。只要可能，使用直接的連接，避免接觸空氣。氣。3 3、不要長時間貯存過濾水。細(xì)菌會在貯存水中生長，在測量中產(chǎn)生、不要長時間貯存過濾水。細(xì)菌會在貯存水中生長，在測量中產(chǎn)生散射光線。散射光線。4 4、若可能，避免將液體噴射入燒瓶或樣品池中，讓液體沿著清潔光、若可能，避免將液體噴射入燒瓶或樣品池中，讓液體沿著清潔光滑的一面注入，這樣可以減少再次引入灰塵?；囊幻孀⑷耄@樣可以減少再次引入灰塵。5 5、一旦樣品制備好后切勿劇烈振搖，否則溶液中會混入含有灰塵的、一旦樣品制備好后切勿