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动态光散射

DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。

（一）动态光散射的基本原理

1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动,微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动。布朗运动的速度依赖于粒子的大小和粒子所在介质（例如溶液：水，有机溶剂等）的粘度，粒子越小，介质粘度越小，布朗运动越快。

2. 光信号与粒径的关系

光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义。瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关。某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认为是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0。根据光学理论可得出光强相关议程。之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein方程）。

Stokes - Einstein方程

相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布。

3. 分布系数(particle dispersion index,PDI)

分布系数体现了粒子粒径均一程度，是粒径表征的一个重要指标。

< 0.05单分散体系，如一些乳液的标样。

< 0.08近单分散体系，但动态光散射只能用一个单指数衰减的方法来分析，不能提供更高的分辨率。

0.08 - 0.7适中分散度的体系。运算法则的最佳适用范围。

> 0.7尺寸分布非常宽的体系，很可能不适合光散射的方法分析。

PDI介于0到1, PDI值越小越好,可用的数据PDI要<0.5。测试的样品浓度尽量稀一点，超声啊，离心什么的把气泡去掉。

4. 光强分布、体积分布和数量分布的关系

说明光强、体积和数量分布之间差异的简单方式，是考虑只含两种粒径（5nm和10nm）、但每种粒子数量相等的样品。附件七显示了数量分布结果。可以预期有两个同样粒径（1:1）的峰，因为有相等数量的粒子。第二个图显示体积分布的结果。50nm粒子的峰区比5nm （1:1000比值）的峰区大1000倍。这是因为，50nm粒子的体积比5nm粒子的体积（球体的体积等于4/3π（r）3）大1000倍。第三个图显示光强度分布的结果。50nm粒子的峰区比5nm（1:1000比值）的峰区大1,000,000倍（比值1:1000000）。这是因为大颗粒比小粒子散射更多的光（粒子散射光强与其直径的6次方成正比—（得自瑞利近似）。

（二）动态光散射样品要求

基本要求：样品应该较好的分散在液体介质中

理想条件下，分散剂应具备以下条件: 透明、和溶质粒子有不同的折光指数、应和溶质粒子相匹配（也就是：不会导致溶胀, 解析或者缔合）、掌握准确的折光指数和粘度，误差

小于0.5%、干净且可以被过滤

粒径下限依赖于：

粒子相对于溶剂产生的剩余光散射强度、溶质和溶剂折光指数差、样品浓度、仪器敏感度、激光强度和波长、检测器敏感度- 雪崩式光电二极管、仪器的光学构造

粒径上限

动态光散射测量粒子无规则的热运动/布朗运动、若粒子不进行无规则运动，动态光散射无法提供准确粒径信息、粒子尺寸的上限定义于沉淀行为的开始

因此上限取决于样品–应考虑粒子和分散剂的密度

样品浓度上限

对于高浓度样品，由动态光散射测得的表观尺寸可能会受到不同因素的影响

多重光散射–检测到的散射光经过多个粒子散射

扩散受限–其他粒子的存在使得自由扩散受到限制

聚集效应–依赖于浓度的聚集效应

应电力作用–带电粒子的双电层相互重叠，因而粒子间有不可忽视的相互作用。这种相互作用将影响平移扩散

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量

【专题】动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量 -------------------------------------------------------------------------------- 作者: 骑着蜗牛追火箭收录日期: 2009-11-28 发布日期: 2009-11-28 动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量前言：Zeta电位是纳米材料的一种重要表征参数。现代仪器可以通过简便的手段快速准确地测得。大致原理为：通过电化学原理将Zeta电位的测量转化成带电粒子淌度的测量，而粒子淌度的测量测是通过动态光散射，运用波的多普勒效应测得。 1.Zeta电位与双电层（图1）粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子（与粒子电。荷相反的离子）浓度增加。于是，每个粒子周围均存在双电层。围绕粒子的液体层存在两部分：一是内层区，称为Stern层，其中离子与粒子紧紧地结合在一起；另一个是外层分散区，其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为流体力学剪切层或滑动面（slippingplane）。在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。 ZETA电位是一个表征分散体系稳定性的重要指标。由于带电微粒吸引分散系中带相反电荷的粒子，离颗粒表面近的离子被强烈束缚着，而那些距离较远的离子形成一个松散的电子云，电子云的内外电位差就叫Zeta电位。也称电动电位（只有当胶粒在介质中运动时才会表现出来），实际上就是扩散层内的电位差。ξ电位较高时，粒子能保持一定距离消弱和抵消了范德华引力从而提高了颗粒悬浮系统的稳定性。反之，当ξ电位较低时，粒子间的斥力减小并逐步靠近，进入范德华引力范围内，粒子就会互相吸引、团聚。ξ电位与液体递质内的粒子质量分数有关，改变液体的pH值、增加体系的盐含量都会引起双电层压缩，改变粒子的ξ电位，降低颗粒间的静电排斥作用，从而影响颗粒悬浮系统的稳定性。 2.Zeta电位与胶体的稳定性（DLVO理论）在1940年代Derjaguin, Landau, Verway与Overbeek 提出了描述胶体稳定的理论，认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们之间的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果。此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力，当颗粒有足够的能量克服此障碍时，互吸力将使颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起。（图2） Zeta电位可用来作为胶体体系稳定性的指示：如果颗粒带有很多负的或正的电荷,也就是说很高的Zeta电位,它们会相互排斥,从而达到整个体系的稳定性；如果颗粒带有很少负的或正的电荷,也就是说它的Zeta电位很低,它们会相互吸引,从而达到整个体系的不稳定性。一般来说, Zeta电位愈高,颗粒的分散体系愈稳定，水相中颗粒分散稳定性的分界线一般认为在+30mV或-30mV，如果所有颗粒都带有高于+30mV或低于-30mV的zeta电位,则该分散体系应该比较稳定 3.影响Zeta电位的因素分散体系的Zeta电位可因下列因素而变化: A. pH 的变化 B. 溶液电导率的变化

动态光散射测定

动态光散射仪测定粒径的操作步骤 Brookhaven BI-200SM laser light scattering spectrometer 该测试可以获得以下实验参数：流体力学粒径需要准备的样品：一份浓度适宜的样品溶液 1. 制样注意：制样是实验成功的关键；无论是测试瓶、溶剂还是样品溶液都需要进行严格的除尘处理（通常采用注射器滤膜反复过滤），否则会引入较大的误差。 2. 打开光散射仪打开光源、检测器、恒温循环水的电源，在样品池内放入待测样品。 3. 打开软件：BIC Dynamic Light Scattering Software 4. 调出测量窗口（1）将检测器调至“C档” （2）依次调出以下测定窗口 A、在Correlation Functions下拉菜单中调出Correlator Control Window B、在Graphs下拉菜单中调出Correlation Function Window C、在Graphs下拉菜单中调出Count Rate History Window D、在ISDA下拉菜单中调出NNLS Window E、在ISDA下拉菜单中调出Contin Window （3）在Windows下拉菜单中点击Smart Tile，优化窗口布局（4）您将得到如下界面 5. 设置参数在左上角窗口点击Dur调出测量时间参数窗口，依据当前的实际情况设置测量时间（如下图），点击“OK”在左上角窗口点击M.Bass调出测量基线参数窗口，选择Auto选项（如下图），点击“OK” 在左上角窗口点击Params调出样品参数窗口，按照下图中的方框提示填写相应的值，点击“OK” 注1、如溶剂为非水相体系，请在溶剂选项的下拉框中选择对应的体系（如下图）注2、如溶剂体系为软件提供的选项之外的情况，请在溶剂选项的下拉框中选择Unspecified，并手动输入相应的粘度和折光指数（如下图）在左上角窗口点击Display调出显示选项窗口，按照下图点勾，点击“OK” 在左下角CF窗口点击Scale，在弹出的窗口中按照下图勾选Show Fit，然后在下面点选NNLS或Contin，点击“OK” 6. 检测器设置：孔径选择100或200，波长根据激光源选择。注、孔径选择使检测光强在50KCPS~500KCPS左右。如选择100，检测光强仍过强，考虑通过中密度滤光轮衰减入射光功率或者对样品进行稀释。 7. 测定（1）点击主界面左上方的绿色圆形图标开始测试（2）测试结束（如下图）（3）NNLS/Contin结果分析点击Layout弹出窗口，根据需要选择图像表现形式（如下图）点击Summary弹出窗口，点Copy For Spreadsheet数据复制（可在EXCEL，TXT文件中处理），点Copy

动态光散射

动态光散射原理-Dynamic Light Scattering (DLS) 动态光散射(DLS)，也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，准弹性光散射quasi-elastic scattering，测量光强的波动随时间的变化。DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位等的能力。因此，被广泛地应用于描述各种各样的微粒系统，包括合成聚合物(如乳液、PVC、等等),水包油、油包水型乳剂、囊泡、胶束、生物大分子、颜料、染料、二氧化硅、金属溶胶，陶瓷和无数其他胶体悬浮液和分散体。美国PSS粒度仪Nicomp380系列，就是采用的这种检测原理。动态光散射:扩散的影响经典的光散射测得的是平均时间散射光强度，认为散射强度与时间没有关系，实际上光散射强度是随时间波动的，这是由于检测点内不同的粒子发出的不同的光波相干叠加的或“重合”的结果，这个物理现象被称为“干涉”。每个单独的散射波到达探测器时建立一个对应入射激光波的相位关系。在光电倍增管检测器前方的一个狭缝处相互混合发生干涉。光电倍增管检测器在一个特定的散射角(90度角的DLS模块)处测量净散射量。光的衍射（Diffraction）：又称为绕射,波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象.衍射现象是波的特有现象,一切波都会发生衍射现象。光的散射（Scattering）：光束通过不均匀媒质时,部分光束将偏离原来方向而分散传播,从侧向也可以看到光的现象,叫做光的散射. 为了更好的理解粒子分散和散射强度中波动结果的相关性，我们假设只有两个悬浮粒子存在的简单情况。如图2所示。检测器 (远离散射单元,针孔孔径) 所检测到的净强度是一个只有两个散射波叠加的结果。在图 2中,我们定义了两个光路长度、 L1 = l1a + l1b 和 L2 = l2a + l2b。(更准确地说，折射光折射率会影响光程。但为了简单起见,我们假设折射率为1.0，这样光程 L1和L2是就可以简化为图2所示)。当两个粒子所处的位置恰好使两个散射图2:简化的散射模型:两个扩散粒子波在到达探测器时?L = L1 - L2刚好等于激光的波长λ整数倍时，两个散射光波就会增强。这就是常说的“相长”干涉，在探测器内产生最大可能的强度。还有一种极端，你有可能发现两个粒子位置是这样的；?L等于半波长λ/ 2的奇数倍。在这种情况下，两个散射波到达探测器时彼此完全抵消。这完全是“相消”干涉，由此产生的净强度为零。随着时间的推移，粒子的扩散将导致探测器接收到的净强度在这两个极端值之间波动——就像一个典型的“噪音”信号。如图3所示，为一个具有代表性的总信号强度。当光程在受到半波长λ/ 2(增加或减少)的影响时。信号强度会在最大值和最小值之间变化。真正构成DLS粒子粒径测量的关键物理因素就是是图3所示的——波动随时间的表现取决于粒子的大小。

动态激光散射仪操作规程

动态激光散射仪操作规程（Wyatt GPC/SEC - MALS）一试验前准备 1溶剂准备水相体系准备：超纯水或配制其它盐溶液?1L,并使用0.22um滤膜过滤（必须含0.02%NaN3抑菌剂）。有机相体系准备：HPLC级溶剂；建议使用0.22um滤膜过滤（进口试剂视具体情况而定）。 2样品准备浓度配制（定量环lOOuL）: 分子量?lOOOkda ： 0.5 - lmg mL ；分子量?lOOkda : 1 - 2mg/mL ；分子量?lOkda : 3?5mg/niL ；分子量?5kda : 5?lOmg/mL。 3检查仪器电路连接检查仪器电源线是否连接，电源开关、交换机（适用于信号连接通过网线的情形）是否打开。二仪器系统开机及平衡操作 1分别依次打开泵、柱温箱（设定温度）、进样系统（手动/自动进样器）、示差或紫外检测器、粘度检测器、多角度激光光散射检测器电源及计算机。待仪器正常开机后，打开工作站Astra软件。 2开启泵使用超纯水purge泵?5min ；关闭purge阀。冲洗系统。待系统平衡

完毕，使用最新配制的流动相冲洗系统。（注：有机体系：直接使用流动相冲洗系统） 3将其流速调至O.linL/miii （若接入粘度检测器，必须待粘度检测器进入工作界面才能开启泵的流速，且IP&DP处于purgeon）；若系统中未接入GPC/SEC柱，可直接将流速调至0.1- l.OmL/min冲洗系统（无粘度检测器）,示差检测器purge阀必须处于“Purge On"状态。若系统中已接入GPC/SEC柱，则必须以O.lmVmiii的起始流速.每1-2分钟提高0.1ml 的速度将流速调整至0.4 - 0.5 mL/min,充分平衡系统；（注：为了使系统充分平衡，建议提前一天冲洗和平衡系统；第二天开始试验（水相系统）。对于有机相体系，一般平衡时间在3 -12h）。三试验操作及数据采集与处理 1待系统充分平衡。逐步调整流速至试验流速；调节示差检测器的Purge阀处于处于“Purge 0住状态；待信号稳定后，归零（Zero）；粘度计（Visco Star）的操作方法见附件。待基线稳定。 2在Astra软件中调用相应的试验模板（推荐使用安装工程师创建的 Template.'Method）；点击Expeiiment? Run （此时，软件出现"waiting for 对话框"）；（注：单针进样调用模板的基本操作如下： File 一New - Experiment from Template/Method - My Templates/methods ；选择相应试验Tempalte/method o 自动进样器进样调用模板的基本操作如下： File 一New - sample set Template/blank sequence - My Templates/method ；选择

动态光散射测定

动态光散射测定文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

在左上角窗口点击M.Bass调出测量基线参数窗口，选择Auto选项（如下图），点击“OK” 在左上角窗口点击Params调出样品参数窗口，按照下图中的方框提示填写相应的值，点击“OK” 注1、如溶剂为非水相体系，请在溶剂选项的下拉框中选择对应的体系（如下图）注2、如溶剂体系为软件提供的选项之外的情况，请在溶剂选项的下拉框中选择Unspecified，并手动输入相应的粘度和折光指数（如下图）在左上角窗口点击Display调出显示选项窗口，按照下图点勾，点击“OK” 在左下角CF窗口点击Scale，在弹出的窗口中按照下图勾选ShowFit，然后在下面点选NNLS或Contin，点击“OK” 6.检测器设置：孔径选择100或200，波长根据激光源选择。注、孔径选择使检测光强在50KCPS~500KCPS左右。如选择100，检测光强仍过强，考虑通过中密度滤光轮衰减入射光功率或者对样品进行稀释。 7.测定（1）点击主界面左上方的绿色圆形图标开始测试（2）测试结束（如下图）（3）NNLS/Contin结果分析点击Layout弹出窗口，根据需要选择图像表现形式（如下图）点击Summary弹出窗口，点CopyForSpreadsheet数据复制（可在EXCEL，TXT文件中处理），点CopyToClipboard进行图像复制（如下图） 8.后续（1）点击“Clear”可以清除当前的实验数据，开始另一样品的测试（2）主界面上方菜单“File”?“Database”?可以中调出已测定的样品数据

动态光散射的基本原理及现代应用

动态光散射的基本原理及现代应用电气本132班张泽明 2013040211 贾东 2013040228 郑欣宇 2013040224

动态光散射的基本原理及现代应用今天打开了高中时的物理课本，发现很多的知识已经都忘得差不多了。时而一翻，也有一中怀念的感觉。随便翻了一页，看到了这样一个陌生的词汇—动态光散射法，于是打开了电脑，到网上去查阅了一下资料。便写下了这篇论文。一、什么是动态光散射动态光散射，也称光子相关光谱，准弹性光散射，测量光强的波动随时间的变化。DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。二、动态光散射的基本原理 1. 粒子的布朗运动导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度，粒子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。 2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义。瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关。某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认识是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0。根据光学理论可得出光强相关议程。之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关。大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。可以看到，相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布。 3. 分布系数 4. 分布系数体现了粒子粒径均一程度，是粒径表征的一个重要指标。 < 0.05单分散体系，如一些乳液的标样。

静(动)态光散射仪的工作原理

静态光散射功能对于悬浮于液体中的颗粒，利用Mie散射形成光强与角度的函数关系，从而得到颗粒粒度大小与形状的信息。对于高分子溶液，光强与角度、浓度形成的依赖关系（即浓度依赖性与角度依赖性），利用Zimm图（或其他类似的方法）可以得到以下参数： 1) 绝对重均分子量(Mw) 2) 第二维里系数(A2) 3) 均方根回旋半径(Rg) 4) Zimm, Berry和Debye曲线 2. 静态光散射应用领域 1) 石油化工：包括PS、PMMA等等多种聚合物的研究与表征 2) 生命科学：如各种人造组织（合成高聚物）的研究与改性 3) 生物医学：蛋白质、多肽，及多糖等的研究和表征 4) 环境化学：絮凝方面的研究产品：zeta电位、便携式示波表、碳硅分析仪、电子温湿度计、污水处理设备、FLUKE钳表、微机继电保护测试仪、浊度仪、无转子硫化仪、微量水分测定仪、经济型数控机床等。

动态光散射仪的工作原理动态光散射技术（dynamiclightscattering,DLS）是指通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种技术。之所以称为“动态”是因为样品中的分子不停地做布朗运动，正是这种运动使散射光产生多普勒频移。动态光散射技术的工作原理可以简述为以下几个步骤：首先根据散射光的变化，即多普勒频移测得溶液中分子的扩散系数D，再由D= KT/6πηr可求出分子的流体动力学半径r，(式中K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，η为溶液的粘滞系数),根据已有的分子半径-分子量模型，就可以算出分子量的大小。光在传播时若碰到颗粒，一部分光会被吸收，一部分会被散射掉。如果分子静止不动，散射光发生弹性散射时，能量频率均不变。但由于分子不停地在做杂乱无章的布朗运动，所以，当产生散射光的分子朝向监测器运动时，相当于把散射的光子往监测器送了一段距离，使光子较分子静止时产生的散射光要早到达监测器，也就是在监测器看来散射光的频率增高了；如果产生散射的分子逆向监测器运动，相当于把散射光子往远离监测器的方向拉了一把，结果使散射光的频率降低。日常生活中，但我们听到救护车由远而近时，声音的频率越来越高，也是同样的道理。实际上我们可以根据声音频率变化的快慢来判断救护车运动的速度。光散射技术就是根据这种微小的频率变化来测量溶液中分子的扩散速度。由D=KT/6πηr可知，当扩散速度一定时，由于实验时溶剂一定，温度是确定的，所以扩散的快慢只与流体动力学半径有关。蛋白质多方面的性质都直接和它的大小相关。因此，光散射广泛应用与蛋白质及其它大分子的理化性质研究。动态光散射技术的优点： 1．样品制备简单，不需特殊处理，测量过程不干扰样品本身的性质，所以能够反映出溶液中样品分子的真实状态； 2．测量过程迅速，而且样品可以回收利用； 3．检测灵敏度高，10kD蛋白质，浓度只需0.1mg/mL,样品体积只需20-50μL即可；4．能够实时监测样品的动态变化。二、动态光散射技术的应用溶液中的颗粒物质（如生物大分子、高分子聚合物、胶束等），其颗粒大小的变化往往可以反应出某些性质方面的变化。由于光散射实际上是首先通过测量大分子物质的扩散系数，进而推导出其它参数。所以，光散射不仅可以用来进行静态测量，还可以检测一些动态过程的变化。下面以大家熟悉的生物学中的几个具体实例来介绍动态光散射技术的应用。 1.测定蛋白质分子的均一性

激光动态光散射仪操作手册

激光动态光散射仪操作手册一、动态光散射仪的工作原理动态光散射技术（dynamiclightscattering,DLS）是指通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种技术。之所以称为“动态”是因为样品中的分子不停地做布朗运动，正是这种运动使散射光产生多普勒频移。动态光散射技术的工作原理可以简述为以下几个步骤：首先根据散射光的变化，即多普勒频移测得溶液中分子的扩散系数D，再由D=KT/6πηr可求出分子的流体动力学半径r，(式中K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，η为溶液的粘滞系数),根据已有的分子半径-分子量模型，就可以算出分子量的大小。光在传播时若碰到颗粒，一部分光会被吸收，一部分会被散射掉。如果分子静止不动，散射光发生弹性散射时，能量频率均不变。但由于分子不停地在做杂乱无章的布朗运动，所以，当产生散射光的分子朝向监测器运动时，相当于把散射的光子往监测器送了一段距离，使光子较分子静止时产生的散射光要早到达监测器，也就是在监测器看来散射光的频率增高了；如果产生散射的分子逆向监测器运动，相当于把散射光子往远离监测器的方向拉了一把，结果使散射光的频率降低。日常生活中，但我们听到救护车由远而近时，声音的频率越来越高，也是同样的道理。实际上我们可以根据声音频率变化的快慢来判断救护车运动的速度。光散射技术就是根据这种微小的频率变化来测量溶液中分子的扩散速度。由D=KT/6πηr可知，当扩散速度一定时，由于实验时溶剂一定，温度是确定的，所以扩散的快慢只与流体动力学半径有关。蛋白质多方面的性质都直接和它的大小相关。因此，光散射广泛应用与蛋白质及其它大分子的理化性质研究。动态光散射技术的优点： 1．样品制备简单，不需特殊处理，测量过程不干扰样品本身的性质，所以能够反映出溶液中样品分子的真实状态； 2．测量过程迅速，而且样品可以回收利用； 3．检测灵敏度高，10kD蛋白质，浓度只需0.1mg/mL,样品体积只需20-50μL即可；4．能够实时监测样品的动态变化。二、动态光散射技术的应用溶液中的颗粒物质（如生物大分子、高分子聚合物、胶束等），其颗粒大小的变化往往可以反应出某些性质方面的变化。由于光散射实际上是首先

光子相关光谱法

JJF/T（沪）XXXX-XXXX 光子相关光谱法粒度分析仪校准规范 Calibration Specification for Particle Size Analyzer by Photon Correlation Spectroscopy ] (征求意见稿)

JJF/T（沪）XXXX-XXXX 光子相关光谱法粒度分析仪 J JF/T（沪）XXXX-XXXX 校准规范 Calibration Specification for Particle Size Analyzer by Photon Correlation Spectroscopy 本规范经上海市质量技术监督局于XXXX年XX月XX日批准，并自XXXX年XX月XX日起施行。归口单位：上海市质量技术监督局主要起草单位：上海市计量测试技术研究院本规范由归口单位负责解释

JJF/T（沪）XXXX-XXXX 本规范主要起草人：吴立敏（上海市计量测量技术研究院）参加起草人：王虎（上海市计量测量技术研究院）

JJF/T（沪）XXXX-XXXX 目录 1范围 (1) 2引用文献 (1) 3符号和计量单位 (1) 4概述 (1) 5计量特性 (1) 5.1 颗粒粒径测量范围 (1) 5.2 样品室温度示值的短期稳定性 (1) 5.3 样品室温度的示值误差 (1) 5.4 平均粒径的测量重复性 (2) 5.5 平均粒径的示值误差 (2) 6校准条件 (2) 6.1 环境条件 (2) 6.2 校准用标准物质、试剂和设备 (2) 6.3 其他要求 (2) 7校准项目和校准方法 (2) 7.1 一般检查 (2) 7.2 样品室温度示值的短期稳定性 (2) 7.3 样品室温度的示值误差 (3) 7.4 平均粒径的测量重复性 (3) 7.5 平均粒径的示值误差 (3) 8样品的制备与测量 (4) 8.1 分散介质的制备 (4) 8.2 乳胶球颗粒悬浮液的制备 (4) 8.3 样品浓度的选择 (4) 8.4 测量 (4) 9校准结果的表达 (4) 10复校时间间隔 (5) 附录A 校准证书内容 (6) 附录B 校准证书示例 (7)

动态光散射

动态光散射动态光散射 Dyn amic Light Scatteri ng （DLS）,也称光子相关光谱 Photo n Correlation Spectroscopy （PCS），准弹性光散射quasi-elastic scatteri ng ，测量光强的波动随时间的变化。DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。（一）动态光散射的基本原理 1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度，粒子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。 2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义（见附件一）。瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关（见附件二）。某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认识是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0 （此原理见附件三）。根据光学理论可得出光强相关议程（见附件四）。之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein 方程）。大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。可以看到，相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布（见附件六）。 3. 分布系数（particle dispersion index,PDI）分布系数体现了粒子粒径均一程度，是粒径表征的一个重要指标。 < 0.05 单分散体系，如一些乳液的标样。 < 0.08 近单分散体系，但动态光散射只能用一个单指数衰减的方法来分析，不能提供更高的分辨率。 0.08 - 0.7 适中分散度的体系。运算法则的最佳适用范围。 >0.7 尺寸分布非常宽的体系，很可能不适合光散射的方法分析。 4. 光强分布、体积分布和数量分布的关系说明光强、体积和数量分布之间差异的简单方式，是考虑只含两种粒径（5nm和10nm ）、但每种粒子数量相等的样品。附件七显示了数量分布结果。可以预期有两

动态光散射

动态光散射动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS)，也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，准弹性光散射quasi-elastic scattering，测量光强的波动随时间的变化。DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。（一）动态光散射的基本原理 1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度，粒子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。 2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义（见附件一）。瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关（见附件二）。某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认识是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0（此原理见附件三）。根据光学理论可得出光强相关议程（见附件四）。之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein方程）。大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。可以看到，相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布（见附件六）。 3. 分布系数(particle dispersion index,PDI) 分布系数体现了粒子粒径均一程度，是粒径表征的一个重要指标。 < 0.05 单分散体系，如一些乳液的标样。 < 0.08 近单分散体系，但动态光散射只能用一个单指数衰减的方法来分析，不能提供更高的分辨率。 0.08 - 0.7 适中分散度的体系。运算法则的最佳适用范围。 > 0.7 尺寸分布非常宽的体系，很可能不适合光散射的方法分析。 4. 光强分布、体积分布和数量分布的关系说明光强、体积和数量分布之间差异的简单方式，是考虑只含两种粒径（5nm和10nm）、但每种粒子数量相等的样品。附件七显示了数量分布结果。可以预期有两个同样粒径（1:1）的峰，因为有相等数量的粒子。第二个图显示体积分布的结果。50nm 粒子的峰区比5nm（1:1000比值）的峰区大1000倍。这是因为，50nm粒子的体积比5nm

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量前言：Zeta电位是纳米材料的一种重要表征参数。现代仪器可以通过简便的手段快速准确地测得。大致原理为：通过电化学原理将Zeta电位的测量转化成带电粒子淌度的测量，而粒子淌度的测量测是通过动态光散射，运用波的多普勒效应测得。 1.Zeta电位与双电层（图1）粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子（与粒子电。荷相反的离子）浓度增加。于是，每个粒子周围均存在双电层。围绕粒子的液体层存在两部分：一是内层区，称为Stern层，其中离子与粒子紧紧地结合在一起；另一个是外层分散区，其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为流体力学剪切层或滑动面（slippingplane）。在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。 2.Zeta电位与胶体的稳定性（DLVO理论）在1940年代Derjaguin, Landau, Verway与Overbeek 提出了描述胶体稳定的理论，认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们之间的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果。此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力，当颗粒有足够的能量克服此障碍时，互吸力将使颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起。（图2） Zeta电位可用来作为胶体体系稳定性的指示：如果颗粒带有很多负的或正的电荷,也就是说很高的Zeta电位,它们会相互排斥,从而达到整个体系的稳定性；如果颗粒带有很少负的或正的电荷,也就是说它的Zeta电位很低,它们会相互吸引,从而达到整个体系的不稳定性。一般来说, Zeta电位愈高,颗粒的分散体系愈稳定，水相中颗粒分散稳定性的分界线一般认为在+30mV 或-30mV，如果所有颗粒都带有高于+30mV或低于-30mV的zeta电位,则该分散体系应该比较稳定3.影响Zeta电位的因素分散体系的Zeta电位可因下列因素而变化: A. pH 的变化 B. 溶液电导率的变化 C. 某种特殊添加剂的浓度,如表面活性剂,高分子测量一个颗粒的zeta势能作为上述变量的变化可了解产品的稳定性，反过来也可决定生成絮凝的最佳条件。 3.1 Zeta电位与pH（图3）影响zeta电位最重要的因素是pH，当谈论zeta电位时，不指明pH根本一点意义都没有。假定在悬浮液中有一个带负电的颗粒；假如往这一悬浮液中加入碱性物质，颗粒会得到更多的负电；假如往这一悬浮液中加入酸性物质，在一定程度时，颗粒的电荷将会被中和；进一步加入酸，颗粒将会带更多的正电。 Zeta电位对pH作图在低pH将是正的，在高pH将是负的，这中间一定有一点会通过零zeta 电位，这一点称为等电点，是相当重要的一点，通常在这一点胶体是最不稳定的。

动态光散射

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering（DLS，）也称光子相关光谱PhotonCorrelation Spectroscopy （PCS，）准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。 DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。（一）动态光散射的基本原理 1. 粒子的布朗运动Brownian motion 导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。 2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义（见附件一）。瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关（见附件二）。某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1,在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0（此原理见附件三）。根据光学理论可得出光强相关议程（见附件四）。之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径（粒子大小）相关（Stokes-E in stei n 方程）。大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波

动态光散射原理

动态光散射原理动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS)，也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，准弹性光散射quasi-elastic scattering，测量光强的波动随时间的变化。DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位等的能力。因此，被广泛地应用于描述各种各样的微粒系统，包括合成聚合物(如乳液、PVC、等等),水包油、油包水型乳剂、囊泡、胶束、生物大分子、颜料、染料、二氧化硅、金属溶胶，陶瓷和无数其他胶体悬浮液和分散体。动态光散射:扩散的影响经典的光散射测得的是平均时间散射光强度，认为散射强度与时间没有关系，实际上光散射强度是随时间波动的，这是由于检测点内不同的粒子发出的不同的光波相干叠加的或“重合”的结果，这个物理现象被称为“干涉”。每个单独的散射波到达探测器时建立一个对应入射激光波的相位关系。在光电倍增管检测器前方的一个狭缝处相互混合发生干涉。光电倍增管检测器在一个特定的散射角(90度角的DLS模块) 处测量净散射量。衍射（Diffraction）又称为绕射,波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象.衍射现象是波的特有现象,一切波都会发生衍射现象。光的散射：光束通过不均匀媒质时,部分光束将偏离原来方向而分散传播,从侧向也可以看到光的现象,叫做光的散射. 悬浮粒子不是静止的，而是不停行动或扩散的，这种无规则运动的过程称为布朗运动(由邻近的溶剂分子碰撞引起的)。由于发射散射波的粒子在随时间波动，因此，每个阶段到达PMT探测器的散射波都是随时间波动的。因为这些散射波在探测器里相互干涉，净散射强度也随时间波动。为了更好的理解粒子分散和散射强度中波动结果的相关性，我们假设只有两个悬浮粒子存在的简单情况。如图2所示。检测器(远离散射单元,针孔孔径) 所检测到的净强度是一个只有两个散射波叠加的结果。在图2中,我们定义了两个光路长度、L1 = l1a + l1b和L2 = l2a + l2b。(更准确地说，折射光折射率会影响光程。但为了简单起见,我们假设折射率为1.0，这样光程L1和L2是就可以简化为图2所示)。当两个粒子所处的位置恰好使两个散射波在到达探测器时?L = L1 - L2刚好等于激光的波长λ整数倍时，两个散射光波就会增强。这就是常说的“相长”干涉，在探测器内产生最大可能的强度。图2:简化的散射模型: 两个扩散粒子还有一种极端，你有可能发现两个粒子位置是这样的；?L等于半波长λ/ 2的奇数倍。在这种情况下，两个散射波到达探测器时彼此完全抵消。这完全是“相消”干涉，由此产生的净强度为零。随着时间的推移，粒子的扩散将导致探测器接收到的净强度在这两个极端值之间波动——就像一个典型的“噪音”信号。如图3所示，为一个具有代表性的总信号强度。当光程在受到半波长λ/ 2(增加或减少)的影响时。信号强度会在最大值和最小值之间变化。

动态光散射

动态光散射 DLS技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能，还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。（一）动态光散射的基本原理 1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动,微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动。布朗运动的速度依赖于粒子的大小和粒子所在介质（例如溶液：水，有机溶剂等）的粘度，粒子越小，介质粘度越小，布朗运动越快。 2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义。瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关。某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认为是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强完全与之前的不同，认为相关度为0。根据光学理论可得出光强相关议程。之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein方程）。 Stokes - Einstein方程相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布。 3. 分布系数(particle dispersion index,PDI) 分布系数体现了粒子粒径均一程度，是粒径表征的一个重要指标。 < 0.05单分散体系，如一些乳液的标样。 < 0.08近单分散体系，但动态光散射只能用一个单指数衰减的方法来分析，不能提供更高的分辨率。 0.08 - 0.7适中分散度的体系。运算法则的最佳适用范围。 > 0.7尺寸分布非常宽的体系，很可能不适合光散射的方法分析。 PDI介于0到1, PDI值越小越好,可用的数据PDI要<0.5。测试的样品浓度尽量稀一点，超声啊，离心什么的把气泡去掉。 4. 光强分布、体积分布和数量分布的关系说明光强、体积和数量分布之间差异的简单方式，是考虑只含两种粒径（5nm和10nm）、但每种粒子数量相等的样品。附件七显示了数量分布结果。可以预期有两个同样粒径（1:1）的峰，因为有相等数量的粒子。第二个图显示体积分布的结果。50nm粒子的峰区比5nm （1:1000比值）的峰区大1000倍。这是因为，50nm粒子的体积比5nm粒子的体积（球体的体积等于4/3π（r）3）大1000倍。第三个图显示光强度分布的结果。50nm粒子的峰区比5nm（1:1000比值）的峰区大1,000,000倍（比值1:1000000）。这是因为大颗粒比小粒子散射更多的光（粒子散射光强与其直径的6次方成正比—（得自瑞利近似）。（二）动态光散射样品要求基本要求：样品应该较好的分散在液体介质中理想条件下，分散剂应具备以下条件: 透明、和溶质粒子有不同的折光指数、应和溶质粒子相匹配（也就是：不会导致溶胀, 解析或者缔合）、掌握准确的折光指数和粘度，误差

动态光散射操作流程

动态光散射操作流程: 一、开启电源打开动态光散射仪Zetasizer Nano ZS90（Malvern）电源，预热半小时，指示灯由黄变绿即可。二、开启电脑，建立新存储路径双击桌面软件Zetasizer Software，输入账号（008）、密码（8888）进入系统，点击File——New——Measurement file建立测量条件的存储途径。三、设置测量参数点Measure菜单栏下面的Manual，在Manual窗口下，右键单击Measurement Type选Size，设置粒度的测量条件：（1）单击Sample输入样品名；（2）单击Material选材料为Protein；（3）单击Dispersant选分散介质Water；（4）设置Temperature为25 ℃，Equilibration Time为90 s（刚从冰上取来的样品可以适当延长平衡时间至120 s，以更好的平衡至25 ℃）；（5）单击Cell，选择测量池类型为DTS0012-Disposable Sizing Cuvette；（6）单击Measurement，measurement angle为90。；measure duration可以选择 automatic（系统根据样品质量自动设置循环次数）也可以选择mannal （人工设定循环次数），Number of measurement中输入测量次数3次；（7）单击Data Processing，设置粒度计算模型，选General Purpose；（8）设置完毕，点击OK确认。四、测量样品测量池先用过滤后的ddH 2 O清洗一次，样品先隔水超声（100 W，超声5-7次）再经0.22 μm针头滤器（Pall Corporation）过滤，取1 ml样品放入测量池中（样品在测量池中高度为10 mm-15 mm）。按仪器指示，打开样品池盖，放入测量池（带▼符号面朝向测量者），点击Start开始测量。五、结果分析测量结束，选择Records View 栏下记录，获得样品的平均水力学直径（Z-Average）及多分散系数（PDI）。单击状态栏上的Intensity、Number 和Volume PSD (M), 分别获得光强、数量和体积粒度分布图。