結(jié)合實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)光散射（DLS）與（SPOS）技術(shù)來研究大部分亞微米分散系的穩(wěn)定性

脂質(zhì)分散體主要含有亞微米粒徑范圍的顆粒，是使用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）和單顆粒光學(xué)傳感技術(shù)（SPOS）進(jìn)行尺寸分析的理想候選。我們的AccuSizer 388 混合儀器系統(tǒng)結(jié)合了兩種系統(tǒng)同步測(cè)試，以超高的分辨率產(chǎn)生一個(gè)粒徑范圍非常寬泛的粒徑分布。DLS子系統(tǒng)提供了對(duì)整個(gè)粒徑分布的“粗線條”描述，通常使用簡(jiǎn)單的高斯分布或?qū)?shù)法線形圖，其中分辨率受到DLS集成特性的限制，需要數(shù)據(jù)反演技術(shù)。所得到的平均直徑和標(biāo)準(zhǔn)偏差可用于確定顆粒制造過程的終點(diǎn)狀態(tài)(如研磨、均質(zhì)化、乳液聚合等)。補(bǔ)充的SPOS子系統(tǒng)提供了初級(jí)粒子/聚集體的外圍大直徑尾部的圖像，這可以大大改善與分散有關(guān)的終產(chǎn)品的質(zhì)量。自動(dòng)稀釋(Pat.)和專門的數(shù)據(jù)分析技術(shù)允許兩個(gè)子系統(tǒng)的PSD結(jié)果可以定量耦合。

通過結(jié)合動(dòng)態(tài)光散射(DLS)和單粒子光學(xué)傳感技術(shù)（SPOS）可以改進(jìn)亞微米膠體分散體(如聚合物、乳膠和樹脂分散體)粒徑分布的定量表征。這兩種截然不同的技術(shù)是天生互補(bǔ)的，對(duì)于大多數(shù)亞微米顆粒的分散，DLS+SPOS產(chǎn)生的粒徑分布結(jié)果相比兩種流行的技術(shù)經(jīng)典米氏散射（MS）和夫瑯禾費(fèi)衍射（FD）的結(jié)果有更高的精度和分辨率。

對(duì)于主要由亞微米顆粒組成的膠體系統(tǒng)，特別是在折射率接近于溶劑的情況下，DLS的結(jié)果往往優(yōu)于MS產(chǎn)生的結(jié)果，因?yàn)閼腋∫褐蓄w粒的擴(kuò)散率不受其組成的影響，對(duì)于充分稀釋的懸浮液，則不受濃度的影響。然而，即使DLS可以對(duì)乳劑的粒徑分布提供2個(gè)良好的參數(shù)來體現(xiàn)高斯分布，由于用來反演自相關(guān)函數(shù)的原始數(shù)據(jù)需要數(shù)學(xué)過程進(jìn)行修飾，因此其精度和分辨率在本質(zhì)上受到限制。DLS技術(shù)的一個(gè)具體限制是，它不能可靠的產(chǎn)生粒徑分布中大顆粒尾部的小體積分?jǐn)?shù)，不幸的是，這些外圍粒子通常非常重要。首先，它們通常顯著影響物理特性（如粘度，光澤）和終產(chǎn)品的整體質(zhì)量。其次，它們可以引起一個(gè)膠體系統(tǒng)不穩(wěn)定的早期跡象，例如乳液分層。相比之下，SPOS技術(shù)具有較高的分辨率。根據(jù)定義，它能一次一個(gè)單獨(dú)地確定粒子的大小，它的性也相當(dāng)好。因此，SPOS可以提供一小部分外圍粒子的定量表征，而這是單靠DLS分析無法可靠推斷的。SPOS的基本原理非常簡(jiǎn)單，含有懸浮粒子的液體經(jīng)過一個(gè)小的視野體積，一個(gè)薄的（25-40μm）典型的由激光二極管產(chǎn)生的片狀發(fā)光區(qū)域。懸浮液被充分稀釋（例如通過連續(xù)的指數(shù)稀釋），使粒子一次通過一個(gè)視圖體積，從而避免重合。使用兩種物理技術(shù)中的一種來檢測(cè)粒子并分別測(cè)定大小。

對(duì)于大于1.3μm的粒子，采用光阻法是有效的，在這種情況下，檢測(cè)器之于光源在流動(dòng)通道的兩側(cè)。在沒有粒子的情況下，探測(cè)器接收到的光照，當(dāng)一個(gè)粒子進(jìn)入光區(qū)時(shí)，一小部分被照亮的區(qū)域被有效地阻擋，這主要是由于該粒子類似一個(gè)小透鏡，使光線折射遠(yuǎn)離對(duì)面的探測(cè)器。（另外，次要效果包括光散射和吸光度）。一個(gè)小的、負(fù)的脈沖輸出到探測(cè)器，脈沖高度和粒子直徑的平方成比例（直徑小于視野體積）。以每秒7500~10000個(gè)粒子的速度經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線構(gòu)建出粒徑分布。

對(duì)于小于約2μm的粒子，光散射法（LS）提供了單個(gè)粒子檢測(cè)的高靈敏度。散射光從光區(qū)的某一個(gè)立體角度范圍內(nèi)收集到，來優(yōu)化傳感器的響應(yīng)曲線，終結(jié)果使在較寬的折射率范圍內(nèi)，脈沖高度隨粒子直徑平穩(wěn)而單調(diào)的增加。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種結(jié)合光散射效應(yīng)和光阻效應(yīng)混合的傳感器：LS+LE。這帶來了高靈敏度的理想特性，LS響應(yīng)提供（小直徑≥0.5μm），LE響應(yīng)提供（大直徑400-500μm），結(jié)合一個(gè)較大的動(dòng)態(tài)尺寸范圍。為了避免粒子重合，允許濃度上限是大約10000個(gè)粒子/mL。

SPOS技術(shù)產(chǎn)生真實(shí)的粒徑分布，一次測(cè)試一個(gè)粒子，它具有特殊的分辨率，良好的精度和良好的重現(xiàn)性（給定足夠的采樣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。原始粒徑分布數(shù)據(jù)不需要任何的數(shù)學(xué)操作。這一特性與集成技術(shù)、DLS或者M(jìn)S和LD的要求形成了鮮明的對(duì)比。在這些方法中，所有大小的粒子同時(shí)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生貢獻(xiàn)，需要反演算法來提取多只是一個(gè)近似的粒徑分布。因?yàn)樗鼈兪墙?jīng)過修飾的，這些反演技術(shù)不能可靠的解釋微妙的、真實(shí)的粒徑分布的特征（只涉及到一小部分的粒子數(shù)量），結(jié)合DLS-SPOS方法來表征大多數(shù)亞微米膠體體系，如聚合物分散體是非常強(qiáng)大的。對(duì)于各種各樣的此類系統(tǒng)，DLS提供了真實(shí)粒徑分布的良好“粗線條”圖像，為分布提供可重復(fù)的結(jié)果，這些分布可近似為高斯形狀或充分分離的雙峰。這提供了一種有效的方法來監(jiān)測(cè)各種生產(chǎn)過程，包括油/水乳液的均質(zhì)化和乳膠的乳液聚合。

DLS技術(shù)提供了一種快速的，可重復(fù)的方法來確定每一個(gè)工藝過程下的結(jié)果。當(dāng)然，DLS顯著的缺點(diǎn)是它不能提供關(guān)于PSD細(xì)節(jié)的定量的可靠信息。相比之下，SPOS是理想的測(cè)量PSD細(xì)微特征的方法，特別是過大的原始顆粒和聚合物。在給定的尺寸范圍內(nèi)所包含的顆粒的體積，以及他在分散相（乳狀液滴、乳膠珠等）的總體積中的比例，可以容易、快速、的測(cè)定。因此，DLS-SPOS組合系統(tǒng)中SPOS部分適用于評(píng)價(jià)膠體體系的質(zhì)量，前提是工藝過程下的終點(diǎn)結(jié)果是達(dá)到預(yù)期的。

代表性結(jié)果：

圖一顯示了使用一定量的乳化劑生產(chǎn)的稀乳液（醋酸乙烯酯）的DLS得到的體積加權(quán)粒徑分布。這個(gè)簡(jiǎn)單的2參數(shù)PSD由原始強(qiáng)度加權(quán)結(jié)果計(jì)算得到，通過累積量分析得到。體積加權(quán)平均直徑為323.6nm，標(biāo)準(zhǔn)差為36.9nm（占平均直徑的11.4%）低卡方值0.287表明高斯分布的結(jié)果是可靠的。

Figure 1 相關(guān)乳化劑的DLS結(jié)果

圖2顯示了使用帶LE型傳感器（AccuSier780，PSS）的SPOS技術(shù)對(duì)同一乳液（1ml注入100ml水）獲得的粒徑分布，這顯示了乳膠滴分布的尾部，它定義了粒徑分布的上限邊緣。結(jié)果表明，注入本儀器自動(dòng)稀釋系統(tǒng)的乳膠液總量為58226個(gè)粒子，其中大于1μm的乳膠液總量為0.024%，圖2中的衰減圖標(biāo)識(shí)實(shí)際的粒子數(shù)，它看起來是平滑的，因?yàn)槊總€(gè)通道中計(jì)數(shù)的粒子數(shù)量與統(tǒng)計(jì)波動(dòng)相比很大。

Figure 2 相關(guān)乳化機(jī)的SPOS結(jié)果

圖3顯示了DLS測(cè)試相同乳劑的體積粒徑分布，只是這次是一個(gè)沒有乳化的批次。如預(yù)期的一樣，由于沒有乳化劑，平均粒徑增加了，因此，與（圖1）用乳化劑制備的批次相比有明顯的差異。此外，標(biāo)準(zhǔn)偏差表明顆粒已經(jīng)凝聚或凝結(jié)在某種程度上，因此形成了更大的顆粒的群體。

Figure 3 沒有乳化劑的DLS相關(guān)結(jié)果

圖4顯示了不適用乳化劑生產(chǎn)的乳狀液（同樣1ml乳狀液加入到100ml的水中）的粒徑分布。在這種情況下，發(fā)現(xiàn)大于1μm的粒子數(shù)為90075，幾乎是另一個(gè)樣本整個(gè)乳膠注入量（圖2）的2倍，尾部顆粒占了注入乳膠總量的0.634%。由于粒徑分布的尾部延伸到了更大的直徑，因此這個(gè)占比要比另一個(gè)樣本大得多。事實(shí)上，它的形狀與此（圖2）明顯不同.

Figure 4 沒有乳化劑的SPOS結(jié)果

結(jié)論：

這些結(jié)果與*的一致，觀察發(fā)現(xiàn)乳化劑的加入不足會(huì)使乳化劑失效，導(dǎo)致聚合物乳液的不穩(wěn)定，通常導(dǎo)致異常粒子的急劇增長(zhǎng)。超大型顆粒的數(shù)量和平均粒徑都有很大的增長(zhǎng)，因此，可以會(huì)出現(xiàn)一個(gè)急劇增加的體積分?jǐn)?shù)的異常值。然而，盡管有這種增加，這一比例的值通常很小，足以保持不變并不被集成分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，特別是夫瑯禾費(fèi)衍射。

結(jié)合DLS+SPOS技術(shù)是兼容的，并且滿足研究實(shí)驗(yàn)室以及QC/生產(chǎn)環(huán)境的要求。SPOS是擴(kuò)展DLS方法用于粒度分析的強(qiáng)大工具，它提供了一種快速、簡(jiǎn)單和可重復(fù)性的定量表征終聚合物乳液產(chǎn)品質(zhì)量的方法。SPOS可以對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行定量的測(cè)量粒子的數(shù)量和大小，這些例子大多數(shù)是亞微米的粒徑分布上面的區(qū)域。顯然，它是光學(xué)顯微鏡的一個(gè)非常有吸引力的替代品，光學(xué)顯微鏡是一種冗長(zhǎng)、耗時(shí)、主觀且統(tǒng)計(jì)有限的技術(shù)。由SPOS確定的顆粒異常值的體積分?jǐn)?shù)為各種膠體懸浮液和分散體的質(zhì)量和穩(wěn)定性提供一個(gè)寶貴的窗口。