在藥物制劑、涂料、化妝品、食品加工及先進材料制備等行業中，粉體材料通常需要被分散于液體介質中制成特定配方以滿足使用需求，但由于超細粉體具有極大的比表面積和較高的比表面能，且體系中存在各種分子團和帶電顆粒，其自身或同外部成分容易發生持續的物理或化學變化，如分散相的團聚、凝絮、聚并、奧氏熟化、粒子遷移、沉淀、上浮等現象，直接影響到最終產品的性能和質量。因此，在配置過程中，表征粉體顆粒在液相中的分散狀態是粉體漿料產品質量控制的一個關鍵環節。

通常，粉體顆粒在液相中的分散狀態表征主要是表征其分散性和穩定性。以往測量顆粒在液相中的分散狀態主要是借助重力沉降、電鏡表征、粒徑表征的方法實現，不僅無法實現量化測量，且需要長時間的沉降過程才能表征其分散穩定性，因此為了提高產品研發和生產效率，亟需尋找快速、準確的分散穩定性表征方法。以下本文將重點介紹時域核磁共振法、多重光散射法和Zeta電位法等較為先進的顆粒分散穩定性表征技術。

一、多重光散射法

多重光散射是將一束光攝入液體樣品中，樣品中的懸浮顆粒會使進入樣品的光發生多次散射（偏離入射方向而向四面八方散射），這種現象稱為多重光散射。當樣品中顆粒濃度較低時，經過多個粒子 散射后仍能通過樣品池的光，則稱為透射光；而經過多個粒子散射后無法透過樣品池，被顆粒反射的散射光稱之為背散射光。

利用基于多重光散射原理的穩定性分析設備時，通過測量探頭在樣品池垂直方向，0-55mm的范圍內上下移動，對樣品整體進行掃描，每間隔一定范圍，收集一次透射光和背散射光的數據，得到的圖形可以表征樣品濃度和粒度的均勻性。之后再通過增加對樣品掃描的次數，重復掃描，并疊加測量的數據，可以得到一張產品隨時間不穩定變化的信息圖譜，最終可根據圖譜分析產品絮凝、聚并、上浮、沉淀、相分離等等多種不穩定行為。

示例：圖中橫坐標為樣品掃描高度，縱坐標為散射光強度，右側時間刻度對應于每一次掃描的時間推移，第一次掃描為藍色，最后一次掃描為紅色。根據分析，藍色線條隨著掃描高度變化起伏并不明顯，即散射光強度變化不大，證明樣品最初分散狀態較好；然而，隨著時間的增加，樣品底部（圖譜左側）光散射信號強度越來越大，樣品頂部（圖譜右側）光散射信號越來越小，說明隨著時間的推移，顆粒發生了沉淀現象，逐漸沉積于底部，而在頂部形成了澄清層，表面樣品分散穩定性不佳。（案例來源：大昌華嘉科學儀器部）

由于該方法為非侵入式檢測方式，無需施加剪切和離心力，避免了對樣品造成干擾，同時該方法還解決了一般的光散射技術僅適用于低濃度懸濁液的弊端，具有寬泛的樣品濃度范圍，對于低濃度樣品可采用透射光路進行分析，而針對高濃度和高濁度樣品則可采用背散射光進行分析，在不稀釋狀態下可以原位測量樣品的粒徑變化過程和不穩定現象。此外，該技術能夠在極短時間內分析粒子遷移現象，因此相比傳統方式能夠更快速、準確的表征樣品的分散性和穩定性。

二、時域核磁共振法

顆粒分散懸浮液中的溶劑可分為兩種狀態，一種吸附在顆粒表面，運動性較差，弛豫時間T2（物質從非穩態到穩態的時間）短；另一種遠離顆粒表面，呈自由態，運動性較好，弛豫時間T2長。當顆粒界面與溶劑的親和力越強，結合越緊密時，顆粒表面吸附的溶劑分子就越多，因此樣品的整體弛豫時間就越短。

來源：Rubin.時域核磁共振

時域核磁共振法（又稱低場核磁共振技術）對氫元素有優秀的捕捉能力，因此該技術以水分子（或其他溶劑）為探針，可以區分出顆粒與溶劑的固液界面間那一層薄薄的表面溶劑分子，當顆粒分散性發生變化時，可以靈敏、快速地檢測顆粒表面的溶劑分子發生的相應的變化，最終通過對比分析溶劑分子的整體弛豫時間變化以及T2弛豫時間，就可原位實時檢測懸浮液體系的分散性及穩定性。

示例：圖中為三個樣品的弛豫譜（橫坐標為弛豫時間，縱坐標為信號幅度），由圖可見，上述樣品中都至少存在三個譜峰，其中右側幅度最大的稱為主峰，為顆粒外表面溶劑和懸浮液自由溶劑一起產生的信號；而左側的側峰則為少部分顆粒包裹的溶劑產生的信號，這部分溶劑中束縛溶劑的比例較高，因此弛豫時間更短。圖中#213的主峰弛豫時間最短且更接近于左側側峰，表明顆粒吸附的溶劑更多，固液之間的親和性更好，分散性和穩定性也更好。而#212和#211弛豫時間較大，主峰離側峰較遠，說明分散性和穩定性較差。（案例來源： 人和科儀）

與多重光散射法一樣，時域核磁共振法也無須制樣，無破壞性，可實現原位分析，且分析速度極快。此外，由于其對水分子有極高的靈敏性，以水分子為探針，不受樣品顏色、狀態、濃度等因素的影響，檢測結果具有極高的準確性。

二、ZETA電位法

溶液中的懸浮膠體顆粒一般會在表面攜帶一定量電荷，這些顆粒表面帶有的電荷會影響溶液內離子分布的變化，進而引起電勢的變化。根據Stern雙電層理論，當帶電粒子處于一個含有離子的溶液中時，帶電粒子表面會吸附相反電荷，形成擴散雙電層，其中接近粒子表面的相反離子被牢固吸附，構成吸附層；而遠離的相反離子則松散結合，構成擴散層。當帶電粒子運動時，擴散層中有一部分粒子隨顆粒一起做布朗運動，一部分則分散在溶液中，不隨顆粒運動，將擴散層中動與不動的界面稱為滑移面，而所謂Zeta電位即為該滑移面的電位。

帶負電懸浮粒子的雙電層結構

在溶液中，兩個相互接近的顆粒之間除了存在上述雙電層由于帶有相同電荷存在的互斥力，也存在范德瓦爾互吸力。當粒子的Zeta電位絕對值很高，即帶有很多負的或正的電荷，顆粒間的互斥力也很高，可以使得分散體系達到穩定分散的狀態，相反，當粒子的Zeta電位絕對值很低時，顆粒所帶的正或負電荷很少，范德瓦爾互吸力能夠克服顆粒間的互斥力，使得顆粒可以輕易結合，從而達到整個體系的不穩定性。

液相體系中顆粒間作用力

相比其他表征方法，Zeta電位是樣品穩定性比較直觀的一個參數，無需復雜的分析過程，對于納米材料的應用體系具有非常重要的指導意義，一般來說，當Zeta電位超過30 mV，樣品體系在熱力學理論上是穩定性較好的。但由于分散體系的穩定性還受范德華吸引力、位阻效應等其他因素的影響，因此Zeta電位高于某一閾值并不總是意味著絕對的穩定性。

小結

多重光散射技術、時域核磁共振技術、Zeta電位法均能夠實現樣品分散穩定性的快速表征，有利于縮短產品配方的開發周期，快速實現對產品質量的檢測，但由于技術上的差異，上述技術均具有自己的獨特性，其中多重光散射可根據圖譜分析產品絮凝、聚并、上浮、沉淀、相分離等等多種不穩定行為。時域核磁共振法由于對水分子有極高的靈敏性，測量結果不受樣品顏色、狀態、濃度等因素的影響，具有極高的準確性。而Zeta電位法則無需復雜的分析過程就能直觀地評價樣品的分散狀態。在具體分析過程中，可根據表征需求選擇合適的表征技術。

參考文獻：

1、檢測小天地.《一文讀懂丨穩定性測試儀（多重光散射儀）》

2、時域核磁共振.《拋光液分散性、穩定性、沉降過程原位評價-低場核磁弛豫技術》

3、紐邁分析.《前沿應用|低場核磁共振技術在食品飲料穩定性評價中的應用》

4、大昌華嘉科學儀器部.《快速可靠的沉淀研究方法-Turbiscan多重光散射儀》

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