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光散射/纳米粒度仪:应用实验答疑解惑篇

2020.10.15

  不论对于何种类型的单位,科研院校,企事业单位,私营企业等等,良好的实验操作和日常维护习惯都至关重要,这将会极大延长仪器的使用寿命,减少耗材支出和降低异常故障风险。用一句话总结:把公共仪器当成自己珍惜的事物去爱护,培养责任心是很重要的。

  如果你还没有阅读之前的文章,没关系,点击下方链接即可:

  激光衍射法/动态光散射法-激光粒度仪,使用操作及维护注意事项

  OK,在本篇文章中,我们将针对动态光散射粒度仪(纳米测量粒度仪)进行一些扩展实验的答疑解惑,希望可以对你的应用实验有所帮助。

  声明:此文章仅代表个人经验的总结,仅作为参考。

  问题一:

  关于测量结果中光强分布(Intensity distribution),体积分布(Volume distribution)和数量分布(Number distribution)的换算问题

  解答:

  首先要明确的是,我们直接测定得到的平均粒径z-average和分布结果(distribution)是基于散射光强分布,并且可以通过软件转化为体积分布(体积分布等同于质量分布)和数量分布,转化的前提是,我们要尽量基于以下三个前提:

  – 所有的粒子都是球型的(或类球型)

  – 所有的粒子都是均匀的,且密度相同

  – 光学性质已知(粒子的折光指数,吸收率)

  第三条前提是最重要的,因为体积和数量分布都是基于米氏理论(我们激光衍射法粒度仪中介绍过)换算过来的,因此这里我们需要较准确的输入待测粒子的折光指数(折射率)和吸收率。

  由于前提条件是密度相同,因此,换算的体积分布就约等于质量分布。

  如果你的纳米分散体系,不满足以上三个换算条件中的一个或多个,你会发现依然可以将结果或分布图换算为体积或数量分布,但此时我们建议你最好使用光强分布去表征你的样品。

  通常当你的分散体系均大体满足上述三个条件的话,你会发现体积分布(≈质量分布)和强度分布的平均粒径大致相同,但数量分布的平均粒径会与它们大相径庭。

  问题二:

  如何测定等电点?

  解答:

  所谓的等电点,是zeta电位测定时的一个名词,正确解释应为当zeta电位为0时当前胶体体系的PH值,而非PH值为7时,当前胶体体系的ZETA电位,这点一定要注意。

  如何测定呢?

  1.当你只购买了标准配置的nano系列主机时,也可以通过手动方法测定等电点:

  (1)准备好当前胶体体系样品,先通过其它设备(PH计)测定当前样品PH值,建议重复三次以上并取平均值;

  (2)在nano系列主机中测定当前样品的zeta电位值,建议重复三次以上并取平均值;

  (3)根据原始样品的zeta电位值的正负±,建议选用0.25mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液开始相应方向的滴定,如果初始zeta电位值为正,则用0.25mol/L氢氧化钠溶液滴定(反之亦然);

  (4)每次滴定后,重新测定该样品的zeta电位值(循环往复这个步骤);

  (5)以横坐标为PH值,纵坐标为zeta电位值作图,在图上标出每个阶段样品的数值并连线(滴定间隔点越小越好);

  (6)在标出样品zeta电位为0前后位置的点后(比如+0.5mV,-0.4mV),将这两点连线,延长纵坐标zeta电位为0mV的连线,与曲线的交点,其对应的横坐标就是该样品的等电点。

  2.上述的方法还是比较复杂的,如果有足够的预算,也可以建议购买与nano系列主机配套的自动滴定模块,机器可以自动控制进行zeta电位测定,酸碱滴定,以及等电点的自动绘图与测定。

  问题三:

  如何全面表述zeta电位的结果?

  解答:

  这个问题如何理解?很多用户朋友们,尤其是科研院校,在课题实验和论文中,一般只简单标明,该样品的zeta电位为**mV。这种表述没有问题,但不够全面,还记得zeta电位的三个影响因素吗?

  – pH 的变化

  – 溶液电导率的变化

  – 某种特殊添加剂的浓度,如表面活性剂,高分子

  其中首要的是PH,如果不考虑PH值,而判定zeta电位的结果,这样是不严谨的。同样,溶液的电导率,以及胶体体系中是否含有一些其它高分子溶液,或表面活性剂溶液,都会改变或影响样品的zeta电位值。因此,这里作者建议你,在表述样品的zeta电位值时,最好采用如下表述:

  当前样品,在PH为**,溶液电导率为**ms/cm,(存在混合**浓度的表面活性剂下),zeta电位为**mV

  还有用户询问,如何考量PH值,电导率,以及加入的表面活性剂对样品zeta电位值的影响呢?

  其实很简单,一般实验的基本思路是保持其它参数不变,而只改变其中一个影响因素。

  例如,我们可以尽量保持PH值不变的情况下,改变加入样品中的表面活性剂浓度,这样我们就可以考量表面活性剂浓度对样品zeta电位的影响。

  1.粒径测量:

  #####################################################

  使用disposable的塑料样品池测量粒径:

  # 一定要注意由于是塑料材质,测试温度不能太高,一般是常温测试;

  # 样品为水相(有机相会溶胀塑料);

  # 尽量避免灰尘和杂质的影响:操作时戴手套,不要触摸样品池底部,样品池外侧保持清洁和干燥,样品池内侧建议依次用纯水——水相样品润洗,样品或所用的分散剂最好过膜(水相0.2um或0.45um滤膜),进样时注意倾斜置入样品,并注意进样高度。准备好样品后,记得盖上配套的盖子(防尘,防止挥发);

  # 一句话总结,样品池外侧必须保持无污物,完全干燥,样品池内侧保证无肉眼可见的灰尘,气泡和杂质。

  disposable的塑料样品池,测试样品后的清洁方式:不要整体置入超声水浴中清洗,用纯水多次清洗样品池内侧,最后一遍用无水乙醇清洗并排掉,然后样品池常温风干即可。

  disposable的塑料样品池不推荐重复使用太多次,当无法彻底清洗或表面有划痕时应弃置掉。

  使用玻璃或石英样品池测量粒径:

  # 由于是玻璃或石英材质,测试温度可以比塑料样品池温度高,但要注意在测试温度较高时,除了本身的配套盖子以外,还需要盖上隔热盖(黑色方形)

  # 样品为水相或有机相均可,如果使用玻璃样品池,要特别注意不能加入会腐蚀玻璃的样品(比如强碱性样品);

  # 尽量避免灰尘和杂质的影响:操作时戴手套,不要触摸样品池底部,样品池外侧保持清洁和干燥,样品池内侧建议依次用相应分散剂--样品润洗,样品或所用的分散剂最好过膜(0.2um或0.45um滤膜),进样时注意倾斜置入样品,并注意进样高度。准备好样品后,记得盖上配套的盖子(防尘,防止挥发);

  # 一句话总结,样品池外侧必须保持无污物,完全干燥,样品池内侧保证无肉眼可见的灰尘,气泡和杂质。

  玻璃或石英样品池,样品测试后的清洁方式:不要整体置入超声水浴中清洗,用相应的分散剂多次清洗样品池内侧,最后两至三遍用无水乙醇清洗并排掉,然后样品池常温风干即可。

  玻璃或石英样品池是可以多次重复使用的,但要记得谨慎清洗,不要划伤和污染内外表面。

  #####################################################

  2.zeta电位测量:

  #####################################################

  使用disposable的塑料U型样品池测量zeta电位:

  # 一定要注意由于是塑料材质,温度不能太高,一般是常温测试;

  # 样品为水相(有机相会溶胀塑料);

  # 尽量避免灰尘和杂质的影响:操作时戴手套,不要触摸样品池底部,样品池外侧保持清洁和干燥,样品池内侧建议依次用纯水——水相样品润洗,按照正规的进样方式进样,用注射器进行进样,注意观察在U型样品池内部不能有明显气泡和杂质。准备好样品后,记得在两端塞上配套的塞子(防尘,防止挥发),同时再次检查样品池表面,尤其是两端电极必须保持完全干燥;

  # 一句话总结,样品池外侧(尤其两端电极处)必须保持无污物,完全干燥,样品池内侧保证无肉眼可见的灰尘,气泡和杂质。

  使用disposable的塑料U型样品池,进行样品测试后的清洁方式:不要整体置入超声水浴中清洗,用新注射器(去针头)装纯水注入样品池进行多次清洗并排掉,最后一遍用无水乙醇注入清洗并排掉,然后样品池常温风干即可。

  disposable的塑料样品池不推荐重复使用太多次,当无法彻底清洗或表面有划痕时应弃置掉。

  使用dip-cell插入式样品池测量zeta电位:

  # dip-cell专用样品池为玻璃材质,所以样品可以为有机相或水相。但建议每次实验尽量用同一类型的样品,同一个dip-cell专用样品池不要有机相和水相混用;

  # 尽量避免灰尘和杂质的影响:操作时戴手套,不要触摸样品池底部,样品池外侧保持清洁和干燥,样品池内侧建议依次用相应分散剂——样品润洗,按照dip-cell的进样方式进样(具体操作查看相应操作手册),这里无需用注射器进样,但要注意液位高度,最后再次检查dip-cell专用样品池表面,必须保持完全干燥;

  # 一句话总结,dip-cell专用样品池外侧必须保持无污物,完全干燥,样品池内侧保证无肉眼可见的灰尘,气泡和杂质。

  使用dip-cell插入式样品池,样品测试后的清洁方式:不要整体置入超声水浴中清洗。用相应的分散剂多次清洗dip-cell专用样品池内侧以及dip-cell的电极处,最后两至三遍用无水乙醇清洗并排掉,然后常温风干即可。

  dip-cell的上下两部分都可以多次重复使用的,但要记得谨慎清洗,不要划伤和污染dip-cell专用样品池的内外表面以及dip-cell电极。也不建议同一个dip-cell专用样品池有机相和水相混用。

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  至此,这篇文章接近尾声了,笔者会不定期的进行总结和更新,希望这些解答可以帮助你更好地进行实验工作,欢迎留下宝贵的意见和建议。


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