动态光散射粒度仪,又称光子相关光谱仪,是专为测量纳米及亚微米级颗粒粒径分布而设计的高精度分析仪器。其核心应用领域涵盖制药、化工、材料科学及生物技术,主要用于表征胶体、蛋白质、聚合物、乳液及纳米悬浮液等体系中微粒的尺寸大小及其分布宽度。
该仪器的基本原理基于布朗运动与光散射的相互作用。当一束激光穿过含有微小颗粒的样品时,颗粒会因热运动而产生无规则的布朗运动。这种运动导致散射光的强度随时间发生随机涨落。DLS通过检测散射光强度的自相关函数,利用斯托克斯-爱因斯坦方程计算出颗粒的扩散系数,进而推导出颗粒的流体力学直径。由于该方法对微小尺寸变化极为敏感,因此特别适用于测量1纳米至几微米范围内的颗粒,且无需复杂的样品预处理。
动态光散射粒度仪的组成部分:
1.光学系统
1)激光器:核心光源,多为633nm He‑Ne激光器或固态半导体激光器,输出稳定单色激光,照射样品悬浮颗粒,颗粒产生散射光。
2)光路调节组件:透镜、光圈、滤光片,用于整形光束,控制入射光强度;配备自动衰减器,针对高低浓度样品调节激光入射功率,避免信号饱和。
主流仪器采用背散射检测(173°),降低高浓度样品多重散射干扰。
2.样品池单元
1)样品舱:放置比色皿,避光,防止环境杂散光干扰信号;舱盖带安全联锁,开盖停止激光输出。
2)比色皿:石英比色皿(可重复使用)、一次性塑料比色皿;激光穿过的透光面无划痕。
部分机型配置自动进样器,实现多样品自动测试。
3.温控系统
包含帕尔贴温控组件、温度传感器;
精确控制样品温度(常见5‑95℃);
保证介质粘度稳定,消除温度梯度造成的液体对流,对流会严重破坏布朗运动,导致粒度结果失真。
实时采集样品池温度反馈给软件。
4.光电探测模块
1)光电倍增管(PMT):采集颗粒的散射光,将光信号转换为电信号;灵敏度高,可检测微弱纳米颗粒散射光。
2)相关器(数字自相关器):DLS的关键硬件。把光电信号做自相关运算,得到自相关函数,后续软件依靠该函数计算颗粒布朗运动扩散系数,换算得到粒径、PDI多分散指数。
5.主机电气控制系统
主板、电源、驱动电路;负责激光器控制、温控闭环、衰减器调节、通讯交互;接收相关器数据传输至电脑。
带Zeta电位的机型额外增加:电泳电极、高压驱动模块。
6.计算机与分析软件
1)硬件:电脑,和仪器通信。
2)软件功能:
设置温度、测量时间、介质粘度、折射率等参数;
解析自相关函数,通过Cumulants、CONTIN算法计算Z‑average平均粒径、PDI、光强/体积/数量分布;
显示相关函数曲线、计数率,保存原始数据,输出报告。