DLS数据解析
Nicomp® 系统
概述
Entegris Nicomp®动态光散射（DLS）系统是一种易于使用的粒度和zeta电位分析仪。本技术文档显示了Nicomp的典型结果，并对声场的数据进行解析说明。
简介：动态光散射
DLS 技术是测量 1 nm 至约 10 μm 悬浮液粒径的理想方法（取决于颗粒密度）。Nicomp系统的简化光学图如图1所示。
粒子布朗运动产生的光散射导致探测器上的光字计数波动。波动的时间特征用于创建相关函数，由此确定平移扩散系数D。然后使用斯托克斯-爱因斯坦方程计算粒径R：
D = kT / 6πηR
说明:
k = 玻尔兹曼常数
η = 溶剂的粘度
T = 温度（K）
R = 粒子半径
结果解析
窄分布的聚苯乙烯乳胶标准品（PSL）的典型结果如图2所示。
图 2. Nicomp DLS 结果
这是一个强度加权高斯分布，因此完整的结果可以用两个数字定义；平均值和均方差。但是DLS1的ISO标准建议应使用平均值和多分散指数PI报告结果
ISO 22412-2008中使用的命名法在技术上是准确的，但在现实中很少使用。例如，用于强度加权平均直径的术语是
。在Nicomp软件中，这个值是平均直径。在其他供应商的软件中，这有时被称为Z平均值或Zave。因此，要按照 ISO 22412-2008 中的指导报告 Nicomp 结果，要展示的两个值是平均直径和方差 （PI）。
下面描述了图 2 中从左到右、从上到下显示的所有报告值。
平均直径 = 强度分布的平均直径（光强径），还有
和 Zave。
Coeff. Of Var’n. = 强度分布的变化系数
= 标准偏差/平均值
Stnd. Dev. = 强度分布的标准偏差，占总分布的 68.2%
± 1V 以内
Norm. Stnd. Dev. = Stnd. Dev./Mean
方差 （PI） = 多分散系数，定义如下
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:粒径为xi的颗粒的强度加权量。粒径分布可以得到为直径，xi和相应的强度加权量的离散集合{△Qint, i, xi, i = 1…N}
“Solid Particle” = Nicomp 软件在从强度分布转换为基于体积或数量的分布时，使用两种折射率模型。“Solid Particle”模型假设颗粒的折射率RI与分散液体的RI之间存在很大差异。“Vesicle”模型假设RI颗粒/RI液体的比例更接近，并针对脂质体进行了优化。
注意：这些模型不影响强度结果，只影响体积和数量结果。
Run Time = 测量持续时间的长度
Chi Squared=拟合优度计算
注： 此值还指示应使用高斯还是多模态 Nicomp 结果。如果卡方值低于 2-3，则建议使用高斯结果。对于大于 3 卡方值（Chi），请考虑使用 Nicomp 结果。
Auto B. Adj. = 自动基线调整。当存在一些大颗粒或原始数据嘈杂时，相关函数的基线可能会不稳定。较高的Auto B. Adj 调整值表示数据存在噪声，可能需要更好的样品制备。
Ch 1. Data X1000 = 相关函数中通道 # 1 的内容。值越高，表示函数中的统计准确性越高。
Z-Average Diff Coeff = 斯托克斯-爱因斯坦方程中使用的扩散系数D，用于将扩散系数转换为粒径。
分布类型
图 2 所示的结果是高斯结果;完全由平均值和标准差（或 PI）定义。高斯分布的特征是，总数的 68% 与平均值相差在 1 个标准差范围内，如图 3 所示。
图3. 高斯分布
对于具有多个峰的样品，使用独特的Nicomp计算来解析多峰。较大的卡方值表示简单的高斯结果不能很好地表示原始数据。独特的Nicomp分布分析使用的一般数学过程称为拉普拉斯变换反演（“ILT”）。这种相当复杂的技术也被用于分析其他科学领域的各种问题，与光散射无关。具体的数学过程是高斯（累积量）分析中使用的最小二乘计算的更复杂的版本;它被称为非负最小二乘（“NNLS”）分析。
如图4所示的结果具有较高的Chi平方值，这意味着高斯结果与原始数据不是最佳拟合，应考虑Nicomp结果。Nicomp结果如图5所示。
图4.高Chi平方结果，高斯结果
图5.Nicomp 结果
DLS 测量的主要结果是强度加权分布。结果可以转换为数量或体积分布，以便与其他技术进行比较。例如，由于显微镜产生数量加权分布，因此数量分布将显示更接近SEM结果的结果。强度分布将类似于窄对称分布的体积或数量分布。对于更广泛的分布，结果将按照从大到小的一般顺序出现相当大的差异：强度>体积>数量。样品的强度、体积和数量结果的比较如图6-8所示。
图6. 强度分布结果（光强径）
图7. 体积分布结果（体积径）
| Number weighting | |
|---|---|
| Mean Diameter | 81.5 nm |
| Stnd Deviation | 31.699 nm (38.90%) |
图8. 数量分布结果（数量径）
| 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：最后一个百分比（在本例中为 80%）可由操作员在“控制”菜单中更改。
图 9.累积结果
21 CFR 第 11 部分软件
Nicomp Net 21 CFR Part 11软件的结果打印输出如图10所示。
图 10.符合 21CFR11 标准的软件的结果
此图中显示的结果与本文档前面显示的结果基本相同，但存在以下差异：
在图11所示的“分析结果”中，“直径”结果实际上是基于强度、体积和数量分布的平均结果。
分析结果 – 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 |
图 11.21CFR11软件的平均直径结果
在本例中，强度平均直径（或Z average或）为94.02 nm。
ZETA电位
Nicomp系统还可用于测量样品的zeta电位。zeta电位是距离颗粒表面一小段距离的电荷，如图12所示。
图12 Zeta电位
通过向悬浮液施加电场并测量粒子运动的速度和方向来分析Zeta电位。zeta电位测量的主要结果是电泳迁移率μ然后使用以下公式计算zeta电位：
Nicomp可以通过检测频率或相移来测量粒子运动。首选方法是使用相位分析光散射（PALS）技术测量相移。
Nicomp系统的典型zeta电位结果如图13所示。
图 12. Zeta 电位结果
此测量值要关注的结果值是平均 Zeta 电位，在本例中为八次测量后的累积值。强烈建议进行多次 zeta 电位测量并使用平均值。
有时，最好的方法是进行多次运行，每次运行进行多次分析 - 然后取多次运行的平均值。在进行最终平均计算时，不包括罕见和异常的 zeta 电位值。
对于此示例，用户选择施加 4 V/cm 的电场强度。显示的平均相位移为27.9 rad/s，平均μ为-2.53 m.U.，zeta电位为-34.00 mV。
引用
1 ISO 22412 -2008 Particle size analysis — Dynamic light scattering (DLS)
DLS数据解析
Nicomp® 系统