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动态光散射技术中的常见术语
发布时间:2015-01-13 丨 阅读次数:

   下面给出动态光散射(DLS)技术中常见术语的描述性定义,这些术语出现在国际标准ISO 13321:1996 E 和 ISO 22412:2008中。
1 Z-均粒径
   动态光散射中的Z-均粒径,即累积分析法中的平均粒径,这是该技术所得到的最主要和最稳定的参数。在产品质量控制过程中,Z-均粒径是最有价值的参数。在国际标准中定义该均值为“强度平均粒径”。
   Z-均粒径只有在以下情况中,才能够与其他方法测量的粒径作比较:样品是单峰分布,且分布非常窄;颗粒为球形或近似球形,并且溶解在合适的分散剂中,因为Z-均粒径对样品的微小变化非常敏感,比如少量的凝聚。应该注意,Z-均粒径是流体动力学参数,因此只适用于颗粒分散在溶液中的情况。
2 累积分析法
   可以使用该方法分析动态光散射实验产生的自相关函数,在国际标准中有该计算过程的定义。这个计算式中包含多阶展开式,但在实际中只使用前两阶参数,即Z-均粒径和描述颗粒粒度分布宽度的参数-多分散指数(PI)。Z-均粒径是基于光强计算的数值,不要与其他方法产生的质量或数量平均值相混淆。
3 多分散指数
   多分散指数是无量纲的量。除去单分散的标准物质,很少有样品的PI<0.05。PI>0.7表明样品粒度分布非常宽,可能并不适用于动态光散射技术。
4 多分散度
   在光散射技术中,多分散度和多分散度百分数由多分散指数推导出来。在累积分析法中,假设单一颗粒粒度,应用单指数拟合自相关函数,多分散度描述假设的高斯分布的宽度。在蛋白质分析中,小于20%的分散度表明样品是单分散的。
5 扩散系数
   悬浮液/溶液中的粒子和分子经历布朗运动。布朗运动是由于溶剂分子自身热运动引起的撞击所致。如果激光照射粒子或分子,则散射光强度的波动依赖于粒子的大小,越小的粒子被溶剂分子撞击得越远,因此移动更迅速。分析散射光强度的波动获得布朗运动的速度,使用Stokes-Einstein公式进一步获得颗粒粒径。因此,扩散系数定义特定的溶剂环境下,粒子的布朗运动。平移扩散系数不仅取决于粒子“核”的大小,而且还依赖于介质的表面结构,以及介质中离子的浓度和类型。
6 流体动力学直径
   由动态光散射技术测量的流体动力学粒径,被定义为“与被测粒子以相同方式进行扩散的硬球的大小”。实际中,溶液中的粒子或大分子是非球形的、动态的。因此,由粒子扩散特性计算的直径为流体动力学直径。因此,流体动力学直径是与被测粒子有相同平移扩散系数的球体的直径,假设粒子或分子包含水化层。
7 相关曲线或相关函数
   在动态光散射实验中测量的数据应该是光滑的相关曲线,在单一粒子的情况下,相关函数是单指数衰减函数。通过拟合相关函数曲线可以得到扩散系数D,D与指数衰减时间成正比。已知扩散系数,可以通过Stokes-Einstein方程计算流体力学直径。对多分散样本,相关函数曲线的多个指数衰减函数的和。
8 Y轴截距
   在动态光散射实验中,Y轴截距是指相关曲线与y轴的交叉点。Y轴截距可以用来评估测量信号的信噪比,通常被用来判断测量数据的质量。对归一化的相关函数,理想信号的截距为1,截距超过0.6的为良好,大于0.9时为最佳系统。
9 反卷积算法
   对光强自相关函数进行反卷积运算得到颗粒粒度分布,一般使用非负约束最小二乘算法进行求解,常见算法为CONTIN。
10 光子计数率
   光子计数率就是每秒探测到的光子数量。通过监测其时间稳定性,来确定样本质量,也可以用来设置仪器参数,如调整衰减器和设置实验持续时间。计数率需要超过某最小值,以便有足够的信号进行分析,当然,为保持线性,所有的探测器都有计数率的上限。
11 光强分布
   动态光散射实验的结果是颗粒的光强分布,是根据粒子的散射光强加权的。生物材料或聚合物粒子的散射光强与分子重量的平方成正比。可以使用光强分布来监测样品中是否混入大颗粒。
12 体积分布
   虽然由DLS得到的是颗粒的光强分布,但可以利用米氏理论转化为体积分布。由光强分布转化为体积/质量分布时,必须接受4点假设:
  1)所有粒子是球形的
  2)所有粒子是同质的
  3)已知粒子的光学性质,即折射率的实部和虚部
  4)强度分布没有误差
   理解这些前提非常重要,事实上,光强分布总会有误差,转换过程又存在计算误差,因此体积和数量分布只具有参考价值。对于分布比较窄的体系,三种分布变化不会太大,这种情况下用光强分布即可。但是当存在大粒子的时候,比如灰尘,就要仔细对比分析应该采用哪种分布。如果样品包含两种大小不同的颗粒,这个时候或许体积分布更合适,它表明了样品是以什么样的形式存在。

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