光散射检测

光散射检测技术概述

光散射检测是一种基于光与物质相互作用原理的分析技术，通过测量入射光与样品颗粒相互作用后产生的散射光信号，获取样品的物理化学性质。其核心原理在于，当光穿过含有颗粒的介质时，颗粒的尺寸、形状、浓度及折射率等参数会影响散射光的强度、角度分布或频率变化。通过分析这些散射信号，可以推导出样品的微观特性。该技术具有非侵入性、高灵敏度、快速响应等优势，广泛应用于环境监测、生物医药、材料科学、食品工业等领域。

一、光散射检测的适用范围

光散射检测技术适用于多种场景，主要包括以下几类：

1. 环境监测领域：用于大气颗粒物（PM2.5、PM10）的实时监测，分析雾霾成因及污染源追踪；水体中悬浮颗粒物的浓度和粒径分布检测，评估水质污染程度。
2. 生物医药领域：检测蛋白质、病毒、脂质体等生物大分子的粒径和聚集状态，支持药物研发与质量控制；细胞粒径分析在疾病诊断中具有潜在应用价值。
3. 工业材料领域：纳米材料、胶体溶液、乳液等体系的粒径分布测定，优化生产工艺；高分子材料的分子量及构象分析。
4. 食品安全领域：乳制品中的脂肪球粒径分析、饮料悬浮物检测，确保产品稳定性。

二、检测项目及简介

光散射检测涵盖多个关键参数，具体项目如下：

1. 颗粒物浓度检测 通过散射光强度与颗粒浓度的线性关系，推算样品中颗粒的总质量浓度。例如，环境监测中通过β射线法与光散射联用，实现PM2.5的高精度检测。
2. 粒径分布分析 基于静态光散射（SLS）或动态光散射（DLS）原理，测量颗粒的尺寸分布。静态法适用于微米级颗粒，动态法则擅长纳米级颗粒的表征。
3. 分子量测定 利用静态光散射技术，结合已知浓度和折射率增量，计算高分子或蛋白质的绝对分子量。
4. Zeta电位分析 通过电泳光散射法测定颗粒表面电荷，评估胶体体系的稳定性。
5. 浊度检测 通过散射光总强度反映液体浑浊度，常用于水质评估和工业流程控制。

三、检测参考标准

光散射检测需遵循国内外相关标准，确保数据准确性和可比性：

1. ISO 13320:2020 《Particle size analysis - Laser diffraction methods》规范了激光衍射法测定颗粒尺寸的流程与仪器校准要求。
2. GB/T 19077-2016 《粒度分析 激光衍射法》中国国家标准，适用于粉末、乳液等材料的粒径检测。
3. ISO 22412:2017 《Particle size analysis - Dynamic light scattering (DLS)》明确了动态光散射法在纳米颗粒表征中的应用规范。
4. USP<429> 《Light Diffraction Measurement of Particle Size》美国药典标准，指导药品研发中辅料和活性成分的粒径检测。
5. GB/T 39643-2020 《纳米技术 激光散射法测定纳米颗粒粒径》针对纳米材料的安全性评估提供方法依据。

四、检测方法及相关仪器

光散射检测的核心方法可分为静态与动态两类，不同方法对应特定仪器：

1. 静态光散射法（SLS） 原理：通过测量不同角度下的散射光强度，结合米氏理论或瑞利近似模型计算颗粒尺寸分布。 仪器：激光粒度分析仪（如Malvern Mastersizer 3000）、多角度光散射仪（如Wyatt DAWN HELEOS）。 应用：适用于0.1-3000 μm范围内的颗粒检测，广泛用于水泥、涂料等行业。

2. 动态光散射法（DLS） 原理：通过分析纳米颗粒布朗运动引起的散射光波动（多普勒频移），推算颗粒的扩散系数及流体力学直径。 仪器：纳米粒度及Zeta电位分析仪（如Malvern Zetasizer Nano ZS）。 应用：适用于1 nm-10 μm的胶体或生物分子体系，如脂质体药物载体开发。

3. 电泳光散射法（ELS） 原理：在电场作用下，测量带电颗粒的迁移速率，结合散射光信号计算Zeta电位。 仪器：Zeta电位分析仪（如Brookhaven ZetaPALS）。 应用：评估胶体稳定性，优化疫苗佐剂配方。

4. 激光衍射法 原理：基于夫琅禾费衍射理论，通过衍射环强度分布反演颗粒尺寸。 仪器：干湿两用激光粒度仪（如Horiba LA-960）。 应用：土壤颗粒分析、金属粉末质量控制。

五、技术挑战与发展趋势

尽管光散射检测技术成熟度高，但仍面临多分散体系的数据解析复杂、高浓度样品需稀释处理等问题。近年来，随着人工智能算法的引入，多峰分布拟合精度显著提升；联用技术（如光散射-色谱联用）进一步拓展了其在复杂基质中的应用。未来，微型化、在线监测设备将成为研发热点，推动该技术在工业4.0和即时检测（POCT）场景中的普及。

结语

光散射检测技术凭借其非破坏性、高分辨率的特点，已成为现代分析科学的重要工具。从环境治理到生物制药，从纳米材料到食品安全，其应用边界不断扩展。随着标准体系的完善与仪器智能化水平的提升，该技术将为各行业的精准分析与质量控制提供更强有力的支撑。