主题：【原创】【仪器心得】马尔文粒径仪Nano S90技术讲解

马尔文粒径仪Nano S90技术讲解

万华化学（宁波）有限公司质检中心  王叶婷

1、 使用现状

目前实验室有2台Nano S90系列的粒径仪，主要用来测试乳液中粒径项目。2台设备使用已将近8年的时间，总体感受是仪器比较稳定、维护成本小，操作也比较简单。

2、 仪器原理

粒径仪的原理相对比较简单，是由于颗粒在分散体系中布朗运动，颗粒所引起的光散射会发生变化。粒径越大的颗粒布朗运动速度越慢，所引起的光散射变化就越慢；粒径越大的颗粒布朗运动速度越快，所引起的光散射变化就越快，颗粒粒度的大小与动态光散射的变化快慢关系符合Stoke-Einstein方程。Zetasizer Nano利用动态光散射的原理，通过累积距法和分布分析两个方法求解Stoke-Einstein方程，得到被测物的颗粒的平均粒度Z-average，分布系数PDI和分布图(依照光强的粒度分布)。

应该指出的是粒度依据不同的检测方法，会有不同的值，比如用显微镜（二维投影面）和筛分法（最小横截粒度）所测量出来的一个笔的粒度是不一样的，因此比较颗粒的粒度，首先要指明它的测量方法。

3、 仪器结构

Zetasizer Nano由激光器（包括633nm氦氖气体激光器和滤光片）、样品槽、检测器和数据处理系统组成。

激光器的寿命为6-7年的自然寿命，不管使用与否，其寿命都在减少。激光器使用前需要预热30min，以保证激光稳定，不建议频繁开关，可一直持续打开。

样品槽由控温单元和比色皿组成。仪器开机后，控温单元自动将控温在25℃。值得注意的是控温单元只能保证样品槽的温度是设定值，而不能保证放入的样品温度达到设定值。控温单元加热样品的时间长短通过平衡时间来控制，一般为120S，可通过设置不同的时间比较测量值来确定需要设置的平衡时间。样品槽盖子由按钮控制，打开样品槽的盖子只能通过按钮，而不能用手掰开。盛放样品的比色皿目前班里有两种材质，一种是一次性的聚四氟乙烯比色皿DTS0012，另一种是可重复利用的玻璃比色皿PCS8501（不能用碱洗）。比色皿盛放样品量最低10mm，最高15mm。放入样品槽时比色皿上的标识（对于一次性管为三角形标识，对于玻璃管为G标识）要朝向样品槽的按钮方向。当样品的实际温度与测量温度相差较大时，可使用盖子（平常放置于左侧的样品架上）保温，以使得样品能更快的达到测试温度。

因为Zetasizer Nano测量的是光散射的快慢，因此检测器在垂直于光路前进方向的左侧。

仪器左侧的样品架

4、 使用操作

1、 开关机

开机时，先开仪器电源开关，通电后，仪器会有第一声蜂鸣声。接着仪器会进行自检，自检通过后，仪器会有第二声蜂鸣声。当仪器控温达到25℃，会有连续两声蜂鸣。当仪器通过自检后，即可双击Zetasizer software，以连接仪器。连接上仪器后，在软件界面的右下方Nano处会显示绿色。也可以通过观察仪器样品槽按钮周围的指示灯来判断仪器的工作状态：

若灯为红绿相间，表明仪器自检通过，但未受软件控制；

若灯为全绿，表明仪器正受软件控制；

若灯为全红，表明仪器自检时发生故障，这时应该拨打售后电话联系工程师上门维修；

若灯是静止的，表明仪器不在工作；

若灯是呼吸的，表明仪器正在工作，这时不能打开样品槽盖子，若非要打开，必须先在软件中停止测量，再打开盖子。

关机时，先关闭软件，再关闭仪器电源开关。

2、 新建测量文件

测量文件是个数据库，里面可存储无上限条的记录，每个记录对应每个单次测量结果。测量文件的后缀为.dts，新建后，自动跳为当前工作表，之前打开的工作表退回后台，可通过查看软件操作界面左上方的Zetasiz er-[测量文件名]，来查看当前的测量文件是哪一个。可通过定期建立测量文件来管理数据库。值得注意的是，测量方法的编辑必须是以测量文件的存在为基础的，因此编辑方法测量时，一定要确认当下的测量文件是否是所要选择的，否则会造成数据存储的混乱。

测量文件的显示表单可通过测量文件中的configure进行配置。

3、 编辑测量方法

测量方法是在菜单项Measuare的下拉项进行选择编辑。下拉项有：Manual、start SOP以及SOP player。Manual选项需要重新编辑完整的参数。start  SOP是调用已编辑好并存为SOP的方法。SOP player是序列分析。

Manual参数编辑：

1）、Measurement type。测量粒径时，选择的类型为Size；

2）、Sample

a、信息和注释。

b、被测样品的折光率和吸收率。这两个参数的作用是用于将光强的粒径分布图转换为数量的粒径分布和体积的粒径分布。目前可选的只有聚苯乙烯乳液和蛋白质，可通过新建样品类型，编辑其折光率和吸收率，来新增。

c、分散介质。需要设置的参数是在测定温度下对应的分散介质的粘度和折射率。因为动态光散射测量的是流体力学半径，与粒子扩散系数有着很大的关系，所以这两个参数的设置对结果的计算非常重要。若这一项参数没有编辑对，可在测量后Edit-result中重新设置，重新计算，重新计算后会保留原测量记录，生成一条新的记录，重新处理的记录的result origin会显示为Edited（当Workplace 类型选择为summary会显示）。分散介质的类型也可以在列表中选择和新建，对列表中已有的类型，若温度显示为any temperature，则说明系统有该分散介质的粘度-温度曲线和折射率-温度曲线，能够根据测量温度和曲线获得相应的参数值，若温度显示为某一特定温度，则说明系统只有该温度下对应的粘度和折射率。新建一个分散介质时，其中有一个参数Dielectric constant 可随意填入一值，不影响结果，但不能不填。

d、General option。此项无需设置。

e、温度。设置测量时样品槽的温度和所需要的平衡时间。

f、比色皿类型。选对测量所用的比色皿类型

3)、Measurement。

a、设置测量持续参数，包括单次测量采样次数（用于判断样品的稳定性）和每个采样之间的时间间隔。测量持续参数一般使用Automatic，系统会根据样品的稳定性选择采样次数，越不稳定的样品采样次数越多，当采样次数小于等于20次，样品的稳定性才可以接受。

b、设置单个样品的测量次数和命名补充。

4）、Data processing。此项无需设置。

设置好参数后，点击OK确认，弹出的对话框即为Manual测量的样信息和参数。点击START可测量样品，测量一个后，点击Setting编辑样品信息后可继续测量。

4、 样品测试

Nano只能测试低浓度的样品，太浓的样品会有多重散射效应而影响测试结果。对于浓度较高的样品，应该稀释后测量。样品溶液可以有颜色，但应该是比较透明的。样品也不能太稀，太稀的样品不稳定，有可能测不出结果。可通过配制多个不同稀释倍数的样品，通过测量比较，相邻稀释倍数间的两个样品的粒径测得值相对偏差小于10%，可确定相邻稀释倍数中的较小稀释倍数为样品测试的适宜稀释倍数（前提：两个测量的PDI都要好）。

5、 数据分析

1）、查看分布系数PDI。

PDI反映样品的稳定性和均一性，是关乎数据质量最重要的指标。当PDI>0.7时，说明当前的样品状态不适合用动态光散射法来测粒径；当0.2<PDI<0.7时，说明样品有问题，具体是什么问题通过接下来的2、3步分析可查找；当PDI<0.2时，一般结果没有什么大的问题。

2）、查看Result quality。

Result quality是对数据的是否符合质量标准的评价。若Result quality显示为Good，则表明Z-average和粒径依据光强的分布图的计算模型没问题，两个计算结果都能用。若Result quality提示为refer to quality report，则表明两种计算结果中，至少有一个有问题。

3）、查看size quality report。

如果结果不符合质量标准的说明里，指明的是cumulant出现了问题，那就说明累积距法的计算结果出现问题，数据不可用，粒径依据光强的分布图没问题，仍可用；若指明的是multi出现了问题，那就说明多分散分析出了问题，粒径依据光强的分布图有问题，不可用，平均粒径数据没问题体，仍然可用；若没有指明那个模型出问题，则说明两个模型都有问题，两个数据都不可用。当出现数据结果不符合质量标准时，如何查找原因，就要查看correlogram

4）、查看correlogram。

Correlogram是原始相关数据曲线，它的形状是一条倒S曲线，纵坐标是相关系数。相关系数一般都是小于1的，若倒S曲线上的部分点的相关系数值>1，则说明体系中有极少量颗粒存在（可能是灰尘，可能是气泡）。一般来说，颗粒的粒径越大，倒S曲线上沿（平台）就越宽（可通过比较平台的宽度，通过夹逼来确定粒径的范围）。倒S曲线中段的斜率越大，说明颗粒的分布越均匀。若倒S曲线中段出现两个斜率范围，若分布图没问题，则应该会出现两个分散区（两个峰，分布图上最多可能出现3个峰）。若中段曲线出现拖尾、齿形，则说明样品可能存在如下问题：1、样品中有团聚现象而导致样品的不均匀，该团聚现象若是浓度太高引起的，可通过稀释来解决这个问题；2、温度平衡的不好。

5）、查看count rate和Attenuator

count rate（光强）的合理范围为100-500，Attenuator（衰减器）的极限个数为11。当Attenuator处在极限值时，count rate还不在合理范围内，则说明仪器硬件出现了故障（样品和标准品多次出现这种情况）。

6）、一般读取第二组或第三组测量数据作为测量结果（仪器条件和样品更为稳定）。

7）、关闭测量文件

数据分析完后，读取相应数据后，及时关闭测量文件，以避免测量文件打开过多而导致数据存储路径混乱等现象。

5、 标准验证

Nano测量的依据是光散射变化的快慢，所以测量颗粒粒径时，不存在校准的概念，只有通过标准验证仪器是否正常可用。

标准测试时，标准品的准备与样品相同，测试时选择tools-Macros-Installation test。这是运行一个宏，每次运行完宏，系统就会把上一次做标准测试的记录覆盖掉，因此运行前，应该先做好前一次标准品测试文件的备份。

马尔文提供的标准品只有一种。

6、 日常维护

1、比色皿注意防尘

2、样品槽日常需要注意防尘