动态光散射(Dynamic Light Sc散射,DLS)是一种用于测量纳米颗粒粒径分布的快速、非侵入性技术,在纳米科技、生物医药、涂料、食品等众多领域广泛应用。该技术通过分析颗粒在溶液中的布朗运动引起的散射光强涨落,获得颗粒的扩散系数,进而计算粒径分布,是纳米颗粒表征的重要手段。 基本原理基于布朗运动和光散射理论。悬浮液中的颗粒因热运动而随机移动(布朗运动),颗粒的扩散系数D与粒径有关(根据Stokes-Einstein方程,D=kT/3πηd,其中k为玻尔兹曼常数,T为温度,η为粘度,d为粒径)。当一束激光照射样品时,散射光强随颗粒运动而波动。数字相关器测量光强随时间的相关性,通过自相关函数分析得到扩散系数,进而计算粒径。测量结果通常以强度加权分布报告,也可以转换为数量分布和体积分布。
仪器设备相对简单,主要包括激光光源、光路系统、样品池和相关器。现代DLS仪器高度自动化,温度控制精确,数据处理快速。
技术特点突出快速和便捷。测量速度快,通常只需几分钟;样品制备简单,只需将颗粒分散在适当的溶剂中;非侵入性,样品可回收再利用;测量粒径范围宽,从亚纳米到几微米;可在线监测颗粒团聚和生长过程;对浓度要求较低。
局限性和注意事项。测量的是水动力学直径,包含颗粒表面的双电层和吸附层;对多分散样品,大颗粒的散射信号会掩盖小颗粒;对非球形颗粒,测量结果可能不够准确;需要选择合适的分散剂和分散条件;浓度过高可能导致颗粒间相互作用影响测量。
典型应用覆盖多个领域。纳米颗粒制备中的粒径监控,如金属氧化物纳米颗粒、量子点等;药物递送系统的颗粒表征,评估载药颗粒大小;蛋白质和纳米药物聚集研究;涂料和油墨的颗粒分散性评价;食品乳液和饮料稳定性评估;陶瓷浆料和电池材料的粒度控制。在这些应用中,动态光散射提供了快速可靠的粒径数据。
技术发展聚焦更高分辨率和更多参数。同时测量粒径和Zeta电位成为趋势;小角度和高角度结合提高分辨率;相位分析光散射(PAALS)改善对少量大颗粒的检测;与microscopy联用实现单颗粒水平分析;在线和过程分析技术用于生产过程控制。作为纳米颗粒表征的精准技术,动态光散射将在纳米时代发挥越来越重要的作用。