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纳米粒度与 Zeta 电位怎么测-动态光散射的选型与数据判读要点
作者: Zeta电位分析仪 编辑: 纳米粒度仪 来源: 马尔文帕纳科 发布日期: 2026.10.12
信息摘要:
纳米粒度与 Zeta 电位怎么测?动态光散射(DLS)的选型与数据判读要点:   一句话结论:亚微米级颗粒与蛋白分子的粒径,一般用动态光散射…

   一句话结论:亚微米级颗粒与蛋白分子的粒径,一般用动态光散射(DLS)测,配套的 Zeta 电位用电泳光散射(ELS)测。决定"浓样品能否测准"的关键不是激光功率,而是 光学设计——背散射(NIBS)配合可变测量位置与高效光纤,比传统的固定角度散射更能覆盖高浓度与宽粒径区间。选型时优先确认三件事:浓度适用范围、是否支持自动 pH 滴定、以及数据合规留痕能力。

一、DLS 测的是什么:从布朗运动到流体动力学粒径

把样品放在激光束中,液体里的颗粒在不停做布朗运动。颗粒越小,运动越快,散射光强度的波动频率也越高。仪器记录一段时间内(常见 30 秒到 120 秒)的散射光强度波动,用相关函数拟合出扩散系数,再代入斯托克斯—爱因斯坦方程,换算出等效球体的直径。

这里有两个容易被忽略的前提:温度与黏度必须已知,因为方程里用的是它们的值;测到的粒径天然包含颗粒表面的溶剂化层与吸附层,所以它叫流体动力学粒径,数值上通常略大于电镜看到的几何尺寸。拿 DLS 结果和电镜结果直接对等比较,是常见误判来源。

涉及标准方面,我国现行 GB/T 29022-2021《粒度分析 动态光散射法(DLS)》于 2021 年 12 月 31 日发布、2022 年 7 月 1 日实施,代替了 GB/T 29022-2012,并等同采用 ISO 22412:2017。需要注意该标准适用于分散于液体中、主体为亚微米级的颗粒、乳剂或微细气泡,并特别指出:高浓度状态下颗粒间相互作用与多重散射会成为主导效应,导致高、低浓度样品的粒径测量结果出现显著差异。Zeta 电位的测量方法则由 ISO 13099 系列(胶体体系 Zeta 电位测定方法)覆盖。

度仪及Zeta 电位分析仪

二、Zeta 电位解决的是另一个问题

粒径回答"颗粒多大",Zeta 电位回答"体系稳不稳"。给样品加一个电场,带电颗粒会向电极迁移,仪器用 ELS 测出电泳迁移率,再换算成 Zeta 电位。Zeta 电位绝对值偏低,往往意味着颗粒之间静电排斥不足、有团聚倾向。因此配方筛选阶段常把粒径与 Zeta 电位成对看:粒径在涨、Zeta 在降,基本可以判断体系在失稳。

实操上的麻烦在于,Zeta 电位对介质环境非常敏感——pH、离子强度、分散剂种类变了,数值就会明显不同。所以跨实验室比较 Zeta 数据时,先核对测试条件是否一致,比直接比对数值更有意义。在高导电介质中,常规方法容易受电极极化影响,需要具备恒流模式的相位分析光散射(如 M3-PALS)才能获得可用的 Zeta 电位与电泳迁移率数据。

三、四个常见的判读误区

误区 更稳妥的做法
把 DLS 粒径当成几何粒径,直接与电镜比对 先明确是流体动力学粒径;比较时说明测试方法与样品前处理是否一致
只报一个粒径数值,不看分布 同时给出 Z-Average 与 PDI;分布过宽时考虑改用其他粒径方法补充
为了降低散射强度而大幅稀释 稀释会改变离子强度与表面状态;尽量在接近实际体系的浓度下测量
跨批次 / 跨实验室直接比 Zeta 数值 核对 pH、离子强度、分散剂与温度,条件不一致时数值不具可比性


还有一个与浓度相关的点值得展开:GB/T 29022-2021 已经明确,高、低浓度样品在测量原理上相同,但高浓度对仪器构造和样品制备有特殊要求。这也是为什么背散射设计在生物制剂、疫苗佐剂、脂质纳米颗粒一类的浓样品上更常见——它通过背向收取散射光并调整测量位置,缩短了光在样品中的有效路径,从而在很宽的浓度范围内维持可用信号。

四、Zetasizer Pro 的可核对参数

马尔文帕纳科 Zetasizer Pro 属于常规实验室测量方案,可测量颗粒粒度、分子大小、电泳迁移率、Zeta 电位和分子量。下表按厂商公开资料整理,实际配置以厂商最新资料为准。

可测项目 颗粒粒度、分子大小、电泳迁移率、Zeta 电位、分子量
粒径测量范围(DLS) 0.3 nm – 10 μm 的颗粒与分子的粒度及粒度分布
Zeta 电位(ELS) 测量颗粒与分子的 Zeta 电位,用于判断样品稳定性与团聚倾向;具恒流模式 M3-PALS,可在高导电介质中测量
光学设计 非侵入背散射(NIBS):背散射检测 + 可变测量位置 + 高效光纤技术;相比传统 DLS 显著扩大样品浓度范围与粒度测量范围
速度与算法 粒度测量速度较以往型号提升一倍以上;“自适应相关”算法计算速度同样提升一倍以上,可在减少样品制备的情况下完成更多可重现测量
软件与数据质量 以样品为中心的 ZS Xplorer 软件,支持指导式使用并可构建复杂模型;通过深度学习的数据质量系统可评估粒度数据质量问题,并给出改进建议
扩展配置 滤光片转盘提供荧光滤光片及垂直 / 水平偏振片;可选 MPT-3 自动滴定仪研究 pH 变化的影响;提供可抛弃与可重复使用样品池,以适配不同样品体积与浓度
可升级性 需求变化时可现场升级到 Zetasizer Ultra


Zetasizer 系列的另一个背景信息是:GB/T 29022-2021 的主要起草单位中包含"上海思百吉仪器系统有限公司(马尔文帕纳科(中国))",即该品牌参与了这一国家标准的起草工作。对需要做方法学验证或撰写申报材料的实验室来说,这一条可以作为方法来源可靠性的一项旁证。

五、结果怎么看:三个指标各有分工

指标 含义 判读提示

Z-Average

全强度加权平均粒径 对散射强的大颗粒敏感;少量团聚即可把它抬高,适合做稳定性趋势指标
PDI 多分散指数,反映分布宽窄 越小说明样品越均一;数值偏大时,单一粒径结果对样品的代表性下降
Zeta 电位 颗粒表面电荷状态 绝对值偏低提示静电排斥不足、有团聚倾向;跨条件比较前须核对 pH 与离子强度

粒度仪及Zeta 电位分析仪

把这三个指标连起来看,比单独报任何一项都更有说服力:粒径与 PDI 同步上升说明分布变宽;粒径上升而 Zeta 电位下降,通常指向团聚;Zeta 电位在某个 pH 附近由正转负,则提示体系存在等电点,配方设计需要避开该区间。

常见问题

Q1:样品超声后粒径变小,说明样品本来团聚吗?

不一定。超声本身可能打散松散聚集体,也可能改变颗粒表面状态。建议固定超声功率与时间,并记录超声前后的粒径与 PDI,作为方法参数写入 SOP,而不是每次实验凭手感处理。

Q2:测量时间越长越好吗?

不是。单次采集通常 30 秒到 120 秒,靠重复次数与统计来提升可信度。如果样品在测量过程中本身在变化(例如发生团聚或溶解),延长单次时间反而会把变化过程平均掉。

Q3:能不能只测 Zeta 不测粒径?

可以,但不建议长期这么做。Zeta 电位只反映电荷状态,体系是否真的团聚仍要看粒径与 PDI 的变化。做长期稳定性考察时,三者一起测才构成完整证据链。

Q4:现场升级从 Pro 到 Ultra 有意义吗?

取决于是否需要更高分辨率的粒径分布、以及是否需要直接测颗粒浓度。如果只是常规粒度与 Zeta 质控,Pro 的配置已经覆盖大部分需求;若研究方向涉及病毒、类病毒颗粒(VLP)这类较难表征的样品,再考虑升级。


参考与延伸阅读

  1. GB/T 29022-2021《粒度分析 动态光散射法(DLS)》,2021-12-31 发布,2022-07-01 实施,等同采用 ISO 22412:2017。全国标准信息公共服务平台可查。
  2. ISO 22412:2017 Particle size analysis — Dynamic light scattering (DLS).
  3. ISO 13099 Colloidal systems — Methods for zeta-potential determination.
  4. 马尔文帕纳科 Zetasizer Pro 公开产品资料(NIBS 光学设计、0.3 nm–10 μm 粒径范围、M3-PALS、ZS Xplorer 软件、自适应相关算法、可现场升级至 Zetasizer Ultra 等)。

说明:本文为技术原理与选型方法的整理,参数以苏州阿尔法生物官方资料为准。文中数据不构成对任何具体样品的检测结论,产品使用请遵循厂家说明书。



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四张拼图

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