DLS數(shù)據(jù)解析
Nicomp® 系統(tǒng)
概述
Entegris Nicomp®動態(tài)光散射(DLS)系統(tǒng)是一種易于使用的粒度和zeta電位分析儀。本技術文檔顯示了Nicomp的典型結果,并對聲場的數(shù)據(jù)進行解析說明。
簡介:動態(tài)光散射
DLS 技術是測量 1 nm 至約 10 μm 懸浮液粒徑的理想方法(取決于顆粒密度)。Nicomp系統(tǒng)的簡化光學圖如圖1所示。
D = kT / 6πηR
說明:
k = 玻爾茲曼常數(shù)
η = 溶劑的粘度
T = 溫度 (K)
R = 粒子半徑
結果解析
窄分布的聚苯乙烯乳膠標準品(PSL)的典型結果如圖2所示。
圖 2. Nicomp DLS 結果
這是一個強度加權高斯分布,因此完整的結果可以用兩個數(shù)字定義;平均值和均方差。但是DLS1的ISO標準建議應使用平均值和多分散指數(shù)PI報告結果
ISO 22412-2008中使用的命名法在技術上是準確的,但在現(xiàn)實中很少使用。例如,用于強度加權平均直徑的術語是 DLS。在Nicomp軟件中,這個值是平均直徑。在其他供應商的軟件中,這有時被稱為Z平均值或Zave。因此,要按照 ISO 22412-2008 中的指導報告 Nicomp 結果,要展示的兩個值是平均直徑和方差 (PI)。
下面描述了圖 2 中從左到右、從上到下顯示的所有報告值。
平均直徑 = 強度分布的平均直徑(光強徑),還有DLS 和 Zave。
Coeff. Of Var’n. = 強度分布的變化系數(shù)
= 標準偏差/平均值
Stnd. Dev. = 強度分布的標準偏差,占總分布的 68.2%
± 1V 以內
Norm. Stnd. Dev. = Stnd. Dev./Mean
方差 (PI) = 多分散系數(shù),定義如下
Where: 3Qint,i : intensity-weighted amount of particles with size xi the size distributions may be obtained as a discrete set of diameters, xi, and corresponding intensity-weighted amounts {3Qint, i, xi, i = 1...N}
△Qint,i:粒徑為xi的顆粒的強度加權量。粒徑分布可以得到為直徑,xi和相應的強度加權量的離散集合{△Qint, i, xi, i = 1…N}
“Solid Particle" = Nicomp 軟件在從強度分布轉換為基于體積或數(shù)量的分布時,使用兩種折射率模型?!?/span>Solid Particle"模型假設顆粒的折射率RI與分散液體的RI之間存在很大差異?!?/span>Vesicle"模型假設RI顆粒/RI液體的比例更接近,并針對脂質體進行了優(yōu)化。
注意:這些模型不影響強度結果,只影響體積和數(shù)量結果。
Run Time = 測量持續(xù)時間的長度
Chi Squared=擬合優(yōu)度計算
注: 此值還指示應使用高斯還是多模態(tài) Nicomp 結果。如果卡方值低于 2-3,則建議使用高斯結果。對于大于 3 卡方值(Chi),請考慮使用 Nicomp 結果。
Auto B. Adj. = 自動基線調整。當存在一些大顆粒或原始數(shù)據(jù)嘈雜時,相關函數(shù)的基線可能會不穩(wěn)定。較高的Auto B. Adj 調整值表示數(shù)據(jù)存在噪聲,可能需要更好的樣品制備。
Ch 1. Data X1000 = 相關函數(shù)中通道 # 1 的內容。值越高,表示函數(shù)中的統(tǒng)計準確性越高。
Z-Average Diff Coeff = 斯托克斯-愛因斯坦方程中使用的擴散系數(shù)D,用于將擴散系數(shù)轉換為粒徑。
分布類型
圖 2 所示的結果是高斯結果;完_全由平均值和標準差(或 PI)定義。高斯分布的特征是,總數(shù)的 68% 與平均值相差在 1 個標準差范圍內,如圖 3 所示。
圖3. 高斯分布
對于具有多個峰的樣品,使用獨_特的Nicomp計算來解析多峰。較大的卡方值表示簡單的高斯結果不能很好地表示原始數(shù)據(jù)。獨_特的Nicomp分布分析使用的一般數(shù)學過程稱為拉普拉斯變換反演(“ILT")。這種相當復雜的技術也被用于分析其他科學領域的各種問題,與光散射無關。具體的數(shù)學過程是高斯(累積量)分析中使用的最小二乘計算的更復雜的版本;它被稱為非負最小二乘(“NNLS")分析。
如圖4所示的結果具有較高的Chi平方值,這意味著高斯結果與原始數(shù)據(jù)不是最佳擬合,應考慮Nicomp結果。Nicomp結果如圖5所示。
圖4.高Chi平方結果,高斯結果
圖5.Nicomp 結果
DLS 測量的主要結果是強度加權分布。結果可以轉換為數(shù)量或體積分布,以便與其他技術進行比較。例如,由于顯微鏡產生數(shù)量加權分布,因此數(shù)量分布將顯示更接近SEM結果的結果。強度分布將類似于窄對稱分布的體積或數(shù)量分布。對于更廣泛的分布,結果將按照從大到小的一般順序出現(xiàn)相當大的差異:強度>體積>數(shù)量。樣品的強度、體積和數(shù)量結果的比較如圖6-8所示。
圖6. 強度分布結果(光強徑)
圖7. 體積分布結果(體積徑)
Number weighting |
|
Mean Diameter |
81.5 nm |
Stnd Deviation |
31.699 nm (38.90%) |
圖8. 數(shù)量分布結果(數(shù)量徑)
Cumulative result | |
25% of distribution | <85.2 nm |
50% of distribution | <90.8 nm |
75% of distribution | <96.6 nm |
90% of distribution | <102.3 nm |
99% of distribution | <112.7 nm |
80% of distribution | <98.2 nm |
注意:最后一個百分比(在本例中為 80%)可由操作員在“控制"菜單中更改。
圖 9.累積結果
21 CFR 第 11 部分軟件
Nicomp Net 21 CFR Part 11軟件的結果打印輸出如圖10所示。
圖 10.符合 21CFR11 標準的軟件的結果
此圖中顯示的結果與本文檔前面顯示的結果基本相同,但存在以下差異:
在圖11所示的“分析結果"中,“直徑"結果實際上是基于強度、體積和數(shù)量分布的平均結果。
分析結果 – 高斯分布
| INTENSITY | VOLUME | NUMBER |
Diameter | 94.02 | 86.84 | 79.49 |
St. Dev. | 15.98 | 14.76 | 13.51 |
CV % | 17.00% | 17.00% | 17.00% |
PI | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
圖 11.21CFR11軟件的平均直徑結果
在本例中,強度平均直徑(或Z average或DLS)為94.02 nm。
ZETA電位
Nicomp系統(tǒng)還可用于測量樣品的zeta電位。zeta電位是距離顆粒表面一小段距離的電荷,如圖12所示。
圖12 Zeta電位
通過向懸浮液施加電場并測量粒子運動的速度和方向來分析Zeta電位。zeta電位測量的主要結果是電泳遷移率μ然后使用以下公式計算zeta電位:
Nicomp可以通過檢測頻率或相移來測量粒子運動。首_選方法是使用相位分析光散射(PALS)技術測量相移。
Nicomp系統(tǒng)的典型zeta電位結果如圖13所示。
圖 13. Zeta 電位結果
此測量值要關注的結果值是平均 Zeta 電位,在本例中為八次測量后的累積值。強烈建議進行多次 zeta 電位測量并使用平均值。
有時,最_好的方法是進行多次運行,每次運行進行多次分析 - 然后取多次運行的平均值。在進行最終平均計算時,不包括罕見和異常的 zeta 電位值。
對于此示例,用戶選擇施加 4 V/cm 的電場強度。顯示的平均相位移為27.9 rad/s,平均μ為-2.53 m.U.,zeta電位為-34.00 mV。
引用
1 ISO 22412 -2008 Particle size analysis — Dynamic light scattering (DLS)