動態光散射標準樣本測量方法-2：TEM與DLS粒徑比較

測量乳膠標準樣品

                                by 動態光散射

比較由TEM和DLS測得的尺寸

不同的測量技術將測量粒子的不同屬性，因此可以根據測量的屬性得出不同的尺寸結果。

因此，經常出現的問題是，哪個結果是正確的？對於許多人來說，“眼見為實”，所以電子顯微鏡的結果是“正確的”。事實上，為電子顯微鏡檢驗準備的樣品通常受到嚴苛的處理，這種處理可以改變軟材料如聚合物乳膠的形狀，並改變或掩蓋表面結構。

這使得某些材料如表面活性劑微胞的尺寸測量變得不可能。相比之下，DLS測量分散粒子在其原生環境中的水動力直徑。

任何諸如吸附聚合物層的表面結構或改變粒子布朗運動的雙電層都將改變有效粒子尺寸[5]。

增加表面結構或通過使用非常低的鹽分散劑擴展電雙層將減少布朗運動並增加測量尺寸。由於這些原因，對於不光滑且不堅硬的球形粒子，其水動力尺寸或DLS尺寸通常大於TEM尺寸。

DLS測試用乳膠標準的樣品準備

對於具有90度檢測角度的儀器（例如，納諾S90、μV或APS），所有乳膠標準都以濃度過高的水平提供，通常為1%w/v。過高濃度的樣品會產生多重散射，導致表觀尺寸過小。因此，應按照先前討論的那樣用10mM NaCl稀釋乳膠分散液，該液體經過0.2微米的過濾。

對於具有可變測量位置的反向散射檢測儀器（例如，納諾S或ZS），可以在整潔的乳膠濃度上進行測量。可變測量位置減少路徑長度，從而降低多次散射。

然而，所用乳膠的最終濃度應確保結果不受實際濃度的影響[2,3]，最佳濃度依賴於乳膠的大小。

為了這項應用說明書，各種Thermo Scientific Nanosphere 3000、2000和4000系列尺寸標準已按照需求準備並在各種Zetasizer儀器上測量。部分標準以整潔濃度測量，其他則稀釋在10mM NaCl中，還有一些在13% w/v的蔗糖溶液中準備。

聚苯乙烯乳膠球的密度接近於13% w/v蔗糖溶液，並能降低乳膠沉降的問題。在此應用程序說明中所用的各種乳膠標準的濃度和稀釋劑顯示在表1中。

結果和討論表1總結了用DLS測量的各種乳膠標準的結果。表中包括乳膠的使用細節（Thermo部件編號在括號中顯示），認證的(#)或水動力(*)尺寸範圍，乳膠測量的濃度，準備的稀釋劑，進行測量的儀器，以及每種乳膠的z-平均直徑。

Thermo提供的所有標準均具有認證的尺寸範圍，但有些也引用了水動力尺寸範圍，認證的尺寸範圍(#)使用透射電子顯微鏡獲得，並可追溯至NIST。水動力尺寸範圍(*)是由DLS確定的。

結果顯示，乳膠標準可以在較大範圍的濃度範圍內進行測量。Zetasizer Nano中使用的反向散射檢測允許某些乳膠樣品以整潔濃度即1% w/v進行測量。隨著乳膠顆粒的增加，數量波動和沉降問題變得重要。

在DLS測量過程中，散射光的強度因粒子的布朗運動而起伏不定。散射強度與樣品濃度成正比，因此在測量過程中，散射體積中的粒子數量應保持不變。然而，隨著粒子尺寸的增加，散射體積中的粒子數量減少，直到發生嚴重的瞬時粒子數量起伏不定。

數量波動被定義為在DLS測量過程中，散射體積內的粒子數量的變化。為了避免數量波動，必須增加樣品的濃度。

但是，這會增加多次散射效應，進而影響所得結果。反向散射檢測與可變測量位置結合，可測量較高濃度的樣品，從而避免數量波動問題。數量波動通常會顯示為關聯函數中提升和波動的基線。

在用DLS測量大粒徑粒子時，出現的第二個問題是沉降。所有粒子都會沉降，速率將取決於粒子大小和粒子及懸浮介質的相對密度。對於DLS，沉降速率應遠低於擴散速率。大粒子擴散緩慢，因此沉降問題更為重要。

可以通過檢查同一樣品的重複測量的計數率穩定性來確定是否存在沉降。

連續測量中的計數率下降表示存在沉降，Zetasizer軟件中的專家建議系統會向用戶提示此情況。

如果粘度不是顯著增加的話，將粒子懸浮在類似密度的介質中可能是有利的。在此應用說明中的3、6和8.9微米乳膠測量中，樣品準備在13% w/v蔗糖中，該蔗糖具有與乳膠相同的密度。

對於此應用說明中的3、6和8.9微米乳膠樣品，用於DLS技術的測量結果在預期的尺寸範圍內。它們被測量的濃度在0.15和0.24% w/v之間。這些結果確認了使用反向散射檢測時多重散射效應已最小化，並且數量波動和沉降未影響所獲得的結果。

參考文獻
[1] R. Pecora (1985) 動態光散射：光子相關光譜學的應用。普萊倫出版社，紐約。
[2] 國際標準ISO13321（1996）粒度分佈測定方法第8部分：光子相關光譜。國際標準化組織（ISO）。
[3] 國際標準ISO22412（2008）粒度分析：動態光散射（DLS）。國際標準化組織（ISO）。

[4] 美國國家標準技術研究所(www.nist.gov)。
[5] R.S. Chow和K. Takamura（1988）J. Colloid. Int. Sci, 125, 266。