10
100 Diameter (nm) Record 41: H in PBS b
1000
10000
5nm 和 50nm的球形颗粒、数量相同 50nm的球形颗粒、数量相同
NUMBER VOLUME 4 3 = πr 3
Relative % in class
INTENSITY =d6
Relative % in class
Raw Correlation Data
0.8000
0.7000
0.6000
Correlation Coefficient
0.5
0.4000
0.3000
0.2000
0.1000
0 0.1000
10.
1000. Time (us)
1.e+5
1.e+7
1.e+9
非常大的颗粒，高分布宽度， 非常大的颗粒，高分布宽度，存在非常大的颗粒
光强度与粒径的关系
体积与粒径的关系
数量与粒径的关系
体积分布：V α d3
Size DistriHale Waihona Puke ution by V olume 15
Volume (%)
10
5
0 1
10
100 Diameter (nm) Record 41: H in PBS b
1000
10000
数量分布：Nα d
Size Distribution by N umber 25 20 Number (%) 15 10 5 0 1
光子相关光谱法（PCS）：测量悬浮液中做布 光子相关光谱法（PCS）：测量悬浮液中做布 ）： 朗运动的粒子数和粒径之间的关系。 朗运动的粒子数和粒径之间的关系。也称作动 态光散射（ 态光散射（Dynamic Light Scattering ， DLS）。 ）。
纳米粒度分析仪测量的参数： 纳米粒度分析仪测量的参数： • 颗粒的平均粒径 • 粒径分布的宽度
纳米粒度分析
郑秀玉
一、基本原理
1、布朗运动 、
1827年植物学家布朗在用显微镜观察水中悬浮的极小 年植物学家布朗在用显微镜观察水中悬浮的极小 的花粉微粒时， 的花粉微粒时，发现花粉微粒总是在不停地作无规则的运 后来人们就把这种运动叫做布朗运动。 动。后来人们就把这种运动叫做布朗运动。
布朗运动是指由于溶剂分子的轰击使颗粒作随机无规则的运动。 布朗运动是指由于溶剂分子的轰击使颗粒作随机无规则的运动。
光信号变化慢，布朗运动速度慢，颗粒大。 光信号变化慢，布朗运动速度慢，颗粒大。
Large Particles
Intensity
Time
光信号变化快，布朗运动速度快，颗粒小； 光信号变化快，布朗运动速度快，颗粒小；
相关器：能反映出光信号变化快慢情况。 相关器：能反映出光信号变化快慢情况。 散射光强度的时间自相关函数G2（τ）： 本质上是时间差τ 的 散射光强度的时间自相关函数 G 本质上是时间差τ 一个指数衰减函数。相关器能反映出光信号变化快慢情况。 一个指数衰减函数 。 相关器能反映出光信号变化快慢情况。 它 是把前面的信号测完后先保存下来， 是把前面的信号测完后先保存下来， 后面信号与前面信号相比 较。
溶液/悬浮液的制备： 溶液/悬浮液的制备：
最重要的是用纯化的和经过滤的液体冲洗每件东西（ 1 、 最重要的是用纯化的和经过滤的液体冲洗每件东西 （ 包括样品池 和盖子、稀释瓶和盖子、移液管或注射器、 和盖子、稀释瓶和盖子、移液管或注射器、装缓冲液和表面活性剂的 玻璃器皿） 用纯化的和经过滤的液体制备缓冲液和表面活性剂。 玻璃器皿）。用纯化的和经过滤的液体制备缓冲液和表面活性剂。 在制备样品的最后阶段，为了减少再次引入灰尘的机会， 2 、 在制备样品的最后阶段 ， 为了减少再次引入灰尘的机会 ， 要将液 体与空气的接触减到最少。只要可能，使用直接的连接， 体与空气的接触减到最少。只要可能，使用直接的连接，避免接触空 气。 不要长时间贮存过滤水。细菌会在贮存水中生长， 3 、 不要长时间贮存过滤水 。 细菌会在贮存水中生长 ， 在测量中产生 散射光线。 散射光线。 若可能，避免将液体喷射入烧瓶或样品池中， 4 、 若可能 ， 避免将液体喷射入烧瓶或样品池中 ， 让液体沿着清洁光 滑的一面注入，这样可以减少再次引入灰尘。 滑的一面注入，这样可以减少再次引入灰尘。 一旦样品制备好后切勿剧烈振摇， 5 、 一旦样品制备好后切勿剧烈振摇 ， 否则溶液中会混入含有灰尘的 空气。小得看不见的气泡比大量的所测试的颗粒将散射更多的光线。 空气。小得看不见的气泡比大量的所测试的颗粒将散射更多的光线。 轻轻旋转是最好的方法。 轻轻旋转是最好的方法。 6、样品在稀释瓶中作间歇的超声波处理，每次大约持续10秒钟，再 样品在稀释瓶中作间歇的超声波处理，每次大约持续10秒钟， 10秒钟 停顿几秒钟，共约2分钟。 停顿几秒钟，共约2分钟。
（二）样品颗粒的浓度
（三）样品的温度
给定样品准确的温度，计算出样品的粘度。 给定样品准确的温度，计算出样品的粘度。 样品的温度必须稳定， 样品的温度必须稳定，温度改变会使样品池内产生对流从而使 峰变宽。 峰变宽。
（四）样品的折射率
颗粒散射光的产生是由于样品与分散介质具有不同的折射率。 颗粒散射光的产生是由于样品与分散介质具有不同的折射率。 折射率的差异越大，样品发生散射的动力越大。 折射率的差异越大，样品发生散射的动力越大。
光源（激光）照射颗粒，颗粒散射光。 光源（激光）照射颗粒，颗粒散射光。
两个固定的颗粒、光束反向、散射光强度降低。
Screen
两个固定的颗粒、光束同向、散射光强度增加。
Screen
很多颗粒、很复杂的光强度模式。
Screen
作布朗运动的分散颗粒的散射光强度I（t）沿时间轴而起伏 作布朗运动的分散颗粒的散射光强度I 涨落，提供分散颗粒的运动信息。 涨落，提供分散颗粒的运动信息。
Stokes-Einstein 方程：
d(H) = kT 3πηD
其中， d(H) ：颗粒粒径； k ： 波兹曼常数； T ： 绝对温度； η ： 粘度； D ： 扩散系数
颗粒越大，布朗运动速度越慢 颗粒越大， 温度越高，运动越快 温度越高， 粘度越大，运动越慢 粘度越大，
PCS2、 光 子 相 关 光 谱 法 （ PCS-Photon Spectroscopy） Correlation Spectroscopy）
（五）样品的吸光度
光通过样品后被吸收的程度。 光通过样品后被吸收的程度。
（六）样品的制备
1、溶剂的净化
过滤（灰尘） um的一次性过滤器 过滤（灰尘）、 0.2um的一次性过滤器 金属离子的影响（水纯化系统来净化水） 金属离子的影响（水纯化系统来净化水）
2、样品池的清洁 3、溶液/悬浮液的制备 溶液/
Relative % in class
1
1
1000
1,000,000
1
5 10 50 100 Diameter (nm) 5 10 50 100 Diameter (nm)
1
5 10 50 100 Diameter (nm)
二、PCS仪器介绍 PCS仪器介绍
测量范围：0.6nm~6000nm
1、激光：使用固 激光： 定波长为632.8 632.8nm 定波长为632.8nm 的单色连续的氦 氖激光作光源； 氖激光作光源； 2、样品池； 样品池； 3、光学系统和检 测器 4、主光束截止器； 主光束截止器； 5、相关器； 相关器； 6、计算单元
Raw Correlation Data
0.9000
0.8000
0.7000
Correlation Coefficient
0.6000
0.5
0.4000
0.3000
0.2000
0.1000
0 0.1000
10.
1000. Time (us)
1.e+5
1.e+7
1.e+9
大颗粒，中等分布宽度， 大颗粒，中等分布宽度，存在非常大的颗粒
• 信号改变平缓：信号变化慢，布朗运动慢，颗粒大； 信号改变平缓：信号变化慢，布朗运动慢，颗粒大； • 信号改变陡：信号变化快，布朗运动快，颗粒小。 信号改变陡：信号变化快，布朗运动快，颗粒小。
样品是大颗粒的典型的相关关系图： 样品是大颗粒的典型的相关关系图：
样品是小颗粒的典型的相关关系图： 样品是小颗粒的典型的相关关系图：
Raw Correlation Data
0.7000
0.6000
0.5 Correlation Coefficient
0.4000
0.3000
0.2000
0.1000
0 0.1000
10.
1000. Time (us)
1.e+5
1.e+7
1.e+9
非常小的颗粒，中等分布宽度，不存在大颗粒 非常小的颗粒，中等分布宽度，
三、样品的制备和检查
（一）分散介质 样品应在液体介质中有良好的分散性。 样品应在液体介质中有良好的分散性 。 分散介质应满足下 列要求： 列要求： a）对激光波长应是透明（不吸收）的。 对激光波长应是透明（不吸收） b）与仪器所用的材料相容。 与仪器所用的材料相容。 c）样品颗粒在该液体介质中不溶解、不膨胀、不团聚。 样品颗粒在该液体介质中不溶解、不膨胀、不团聚。 d）其折射率与颗粒的折射率不同。 其折射率与颗粒的折射率不同。 e）已知其折射率数及粘度，准确度应优于0.5%。 已知其折射率数及粘度，准确度应优于0 f）应充分过滤。 应充分过滤。 无灰尘或污染的分散介质在仪器中不产生散射信号（ 无灰尘或污染的分散介质在仪器中不产生散射信号 （ 或信 号极低）。 号极低）
光强度分布： I α d6