散射光检测技术及其应用
简介
散射光检测是一种基于光与物质相互作用原理的分析技术。当光束通过不均匀介质时，部分光线会因介质中的颗粒、分子或界面发生方向改变，形成散射现象。通过分析散射光的强度、角度分布、偏振状态等参数，可以获取介质的物理化学特性，例如颗粒粒径、浓度、分子量及相互作用信息。该技术因其非破坏性、高灵敏度和实时性等优势，广泛应用于环境监测、生物医药、材料科学及工业质量控制等领域。
适用范围
散射光检测技术适用于多类场景：
- 环境监测：用于大气颗粒物（PM2.5/PM10）、水体悬浮物浓度的实时分析。
- 生物医学：检测蛋白质、核酸等生物大分子的聚集状态，或细胞粒径分布。
- 材料科学：表征纳米材料、高分子材料的粒径及分散性。
- 食品药品：分析乳剂、悬浮液的稳定性或产品浊度。
- 工业过程：监测生产流程中颗粒体系的动态变化，优化工艺参数。
检测项目及简介
散射光检测的核心项目包括以下几类：
- 悬浮颗粒物浓度与粒径分布 通过散射光强度与角度的关系，计算颗粒的浓度及粒径范围，适用于气溶胶、胶体溶液等体系。
- 浊度测定 基于散射光强度与悬浮物浓度的正相关性，评估液体透明度，常用于水质分析和饮料质量控制。
- 生物分子相互作用 动态光散射（DLS）可检测溶液中蛋白质、核酸的聚集或解聚过程，用于药物研发中的稳定性研究。
- 纳米材料表征 通过静态光散射（SLS）和动态光散射，获取纳米颗粒的流体力学半径、分散指数及分子量。
- 乳液稳定性评估 监测乳液中液滴的粒径变化，预测产品储存期限。
检测参考标准
散射光检测需遵循以下国内外标准：
- ISO 13320:2020 《粒度分析-激光衍射法》：规定激光散射法测定颗粒粒径的通用流程。
- GB/T 13255-2023 《工业循环冷却水中浊度的测定 散射光法》：明确水质浊度的检测方法。
- ASTM E2864-2018 《动态光散射法测定纳米材料粒径的标准指南》：提供纳米颗粒分析的实验规范。
- USP<729> 《美国药典》胶体体系粒径检测标准，适用于脂质体、微球等药物载体的质量控制。
检测方法及相关仪器
- 静态光散射（SLS）
- 原理：通过多角度散射光强计算颗粒平均分子量及粒径。
- 仪器：激光粒度分析仪（如Malvern Mastersizer 3000）。
- 动态光散射（DLS）
- 原理：分析散射光强随时间波动的频率，推算颗粒布朗运动速度及粒径。
- 仪器：动态光散射仪（如Brookhaven ZetaPALS）。
- 激光衍射法
- 原理：基于夫琅禾费衍射理论，通过散射光角度分布反演颗粒尺寸。
- 仪器：激光衍射粒度仪（如Horiba LA-950）。
- 浊度法
- 原理：直接测量90°散射光强度，与标准曲线对比计算浊度值。
- 仪器：浊度计（如HACH 2100N）。
- 光子相关光谱（PCS）
- 原理：通过自相关函数分析光强涨落，适用于亚微米级颗粒检测。
- 仪器：纳米粒度及Zeta电位分析仪（如Malvern Zetasizer Nano）。
技术优势与挑战
散射光检测的核心优势在于其非侵入性和快速响应能力，可在数秒内完成数据采集。例如，在疫苗研发中，动态光散射可实时监控病毒载体颗粒的聚集状态，确保产品质量。然而，该技术对样品纯度要求较高，高浓度或含气泡的样品易导致多重散射干扰，需通过稀释或离心预处理解决。此外，复杂体系（如多分散样品）的数据解析需依赖先进算法支持。
结论
散射光检测作为现代分析技术的重要分支，已在多个领域展现出不可替代的价值。随着仪器精度的提升与算法的优化，其应用范围将进一步扩展。未来，结合人工智能的智能分析系统有望解决复杂样品的实时监测难题，推动该技术在精准医疗、环境治理等领域的深度应用。
