纳米颗粒物追踪分析技术测定标准粒子的粒径

    引言

    标定尺寸的标准物质粒子（图1）为第三方提供了针对新设备和新技术的验证方法。考虑到球体是唯一一种能用单个数值（即，其半径）精确描述的形状，它避免了结果的模棱两可，是进行校准的理想物体。

图1：在下列实验中全程使用的Duke 科学2校准乳酸颗粒的样本SEM 图像。

背景

NanoSight 仪器具备在液体悬浮液中直接实现纳米颗粒的可视化和尺寸测定的独特性能。颗粒可视化对于每个颗粒同时分别进行尺寸测定，克服了光子相关光谱（PCS 或动态光散射）这类技术本身固有的问题。纳米颗粒产生的散射光的强度与颗粒半径相关，半径增大10 倍散射光强会正大106 倍1。因此PCS 产生的平均粒径（测定颗粒集合产生的总散射光）在很大程度上取决于少量的大颗粒，可能是污染物。另一方面，电子显微镜需要花费大量时间进行样品制备和成像，而且只能查看很小的一个区域，因此存在取样代表性的问题。

如图2 所示，NanoSight 的视图能够根据散射光强轻松分辨颗粒。尽管如此，根据光散射测定颗粒尺寸要求了解颗粒的折射率。NanoSight 技术可以根据在多个框架上追踪的每一个颗粒的布朗运动来计算球体等效流体力学半径，因此与折射率完全无关（图3）。逐个追踪每个颗粒的性能有助于更好地分析多分散体系（图4）。

图2：NanoSight LM10 系统所观察到的100nm 和400nm 直径标准粒子的图像。

图3：NanoSight LM10 生成的典型分布情况。上述分布情况是100nm 乳胶Duke 标准物质生成的（取决于样品）。

图4：（a）100 nm+200 nm Duke 标准物质和（b）200nm+400 nm Duke 标准物质的散射图（上）和粒径分布（下）。散射图给出了颗粒散射强度对粒径的图表。粒径分布情况可能难以辨析粒径非常相似的体系，相对强度图明显区分了两个群体，而且有助于分辨颗粒群体。

样品制备

取决于样品类型和粒径，唯一需要的准备工作是将样品稀释到每毫升106 和109 个颗粒。在稀释过程中，可以观察到各个颗粒的布朗运动进行分析。最佳浓度取决于颗粒和溶剂。

流体力学半径

由于该技术用于测定颗粒的流体力学半径（即颗粒半径，加上几纳米水层），因此样品应在1mM 的盐溶液中制备，以便减小颗粒周围紧紧包裹的水层尺寸。由于样品测量的是流体力学半径，测得的数值始终会比标准物质的产商所列出的透射电子显微镜测得的结果大几纳米。

温度测定

正确的温度测定非常重要，因为不正确的样品温度读数可能导致粘度计算错误。1℃的温度读数误差对于水溶液来说会造成2.4%的尺寸误差。由于LM10 所需的分析量较少（<500 μl），只需几分钟就能达到温度平衡，并能在分析过程中直接读数。

主要特性

 ● 颗粒可以在自然状态下进行测定（无需干燥/真空条件）

 ● 适合检测多分散样品的尺寸样品量小

 ● 样品制备过程，实现单个颗粒的可视化

 ● 能够快速分析（参见表1）

表1：针对一组Duke 标准乳胶球体的粒径对TEM 测得的引用值的展示表