Measuring liquid particle size with TURBIDI.T™.

应用说明 | TURBIDI.T™

如何利用浊度测量液体样品中的颗粒尺寸？

by Dimitria Camasão, Assala Larbes and Gloria Pinilla,

摘要

颗粒尺寸的测定在许多领域都至关重要，例如生命科学（纳米医学、药物递送、组织工程、生物分析）、化学、环境科学及工业领域。
浊度法是一种快速且无损的颗粒尺寸估算方法，其操作步骤简单易行。
利用TURBIDI.T™，以高精度测定了不同粒径硅酸盐颗粒在蒸馏水中的浊度与硅酸盐颗粒浓度关系曲线。这些曲线可用于建立用于测定颗粒粒径的参考曲线。

科研与工业领域中颗粒尺寸测量的要点

引言

确定颗粒尺寸在各种科学和工业应用中具有极其重要的意义。在制药领域，药物或药物递送系统的颗粒尺寸对其生物利用度、溶解速率以及在体内的吸收起着重要作用。在生命科学研究和诊断领域，准确测量颗粒尺寸对于开发和验证分析方法（如免疫测定或聚合酶链式反应（PCR）技术）至关重要。这种表征在环境科学与污染监测、地质学与土壤科学、材料科学与纳米技术等其他领域也具有重要意义。

可以通过浊度测量估算悬浮液中颗粒的大小，这是一种简单、快速且无损的方法[1,2]。浊度是一个参数，用于定量描述光束通过悬浮液时，因悬浮颗粒对光的散射和吸收而导致的强度衰减。散射和吸收的程度既受颗粒尺寸的影响，也受颗粒在悬浮液中的浓度的影响。较大的颗粒往往会散射和吸收更多的光，导致浊度曲线的斜率更陡。相反，较小的颗粒散射和吸收的光较少，导致斜率较缓。通过分析浊度曲线，可以基于浊度与浓度之间的关系推断颗粒大小。

在本应用说明中，使用TURBIDI.T™对蒸馏水中不同粒径的二氧化硅纳米颗粒进行了测量，以说明该仪器在颗粒粒径估算方面的适用性。针对每种颗粒粒径，均获得了浓度-浊度关系曲线，并据此构建了用于估算未知溶液中颗粒粒径的参考曲线。

浊度分析在精确颗粒尺寸测量中的应用

材料与方法

TURBIDI.T™（Rheolution Inc.，加拿大魁北克省）是一款功能多样的仪器，用于测量不同范围内的溶液浊度。其主要特点包括：(1) 可更换光学发射器卡匣以适应不同波长；(2) 可选择与特定实验设计相匹配的样品架；(3) 可使用无线平板电脑进行数据采集、自定义设置、分析及数据导出。此外，该设备还支持将多台仪器与同一台平板电脑配对，从而扩展测量能力。

在测试前，使用福马津标准品（FTU）对TURBIDI.T™进行了校准。用于光发射和接收的载卡分别是 Emitt.635（波长为 635 nm）和 Receiv.ViS（波长范围为 400 nm 至 1000 nm）。

不同粒径的二氧化硅颗粒（160 nm、500 nm 和 1000 nm； Alpha Nanotech Inc.，加拿大不列颠哥伦比亚省）用蒸馏水稀释成5种浓度：150、200、300、400和500 mg/L。将溶液在25°C下稳定后，将每种浓度的3份样品分别转移至10 mL试管中以备测试（n=3）。每支试管在放入TURBIDI.T™进行测量前均充分混合。平均结果以均值 ± 标准差表示。对每种粒径的数据均应用了简单线性回归分析。

颗粒尺寸的测定：浊度-浓度曲线的作用

结果与讨论

图1展示了不同浓度和粒径的二氧化硅颗粒的浊度值。数据点代表三组重复测定的平均值，较小的误差条表明测量精度较高。简单线性回归与实验数据吻合良好（R²>0.94）。结果表明，浓度与浊度之间的相关性取决于颗粒尺寸，这体现在曲线斜率从160 nm、500 nm到1000 nm时分别逐渐增大。

图1： 不同粒径二氧化硅颗粒在蒸馏水中的浊度与浓度 关系。这些曲线是使用TURBIDI.T™仪器，在635 nm波长下测得的。

通过将上述颗粒尺寸与浊度-浓度曲线中的相应斜率作图，可获得用于估算未知溶液中颗粒尺寸的参考曲线。随后，应测试不同浓度的未知溶液，以获得其自身的斜率（来自浊度与浓度曲线），该斜率可用于图2中估算悬浮液中颗粒的大小。

图2： 根据颗粒尺寸与斜率的关系参考曲线（由浊度-浓度曲线得出）估算二氧化硅颗粒尺寸。

结论

TURBIDI.T™仪器可利用至少 3 个数据点获得的参考曲线（颗粒尺寸与浊度-浓度曲线的斜率关系），来估算溶液中悬浮颗粒的粒径。

观点

借助操作简便的TURBIDI.T™仪器，可以轻松估算悬浮颗粒的粒径。
通过 Soft Matter Analytics™ 应用程序，可将浊度与浓度数据存储在平板电脑中，并根据需要进行分析和使用或导出。
通过选用不同的光栅，用户可以调节光发射的波长，从而提高颗粒尺寸测定的准确度和精密度。
该设备能够处理不同尺寸的小瓶，使用户能够使用极少的样品体积进行测量，并省去了繁琐的样品处理步骤，从而带来简化且便捷的使用体验。
通过连接多台设备构建的灵活测试平台，可满足研发和质检实验室的具体需求——这些实验室通常需要处理大量样品。该平台提供了一种便捷的解决方案，有助于满足此类环境对高通量的需求。