現行不同粒徑量測原理方式比較

(A)各種原理與範圍比較

現行量測粒子的大小有幾種不同方法原理,以下簡單介紹幾種常見的方法原理比較。 主要是依照粒子的大小尺度,來決定哪一種原理較為適用。

(B)動態光散射的特點

其中動態光散射法因為量測簡便,不需要粒子本身物性值等等特點,是在量測奈米粒徑時的主要方法。使用動態光散射量測是光子相關法以布朗運動求得該粒子的擴散係數,再以核心公式為Einstein-Stokes式,使用者僅需知道溶劑的折射率及黏度兩種物性值。  

(C)為什麼動態光散射無法量測大顆粒

而其中布朗運動會因粒子本身大小速度不同,小粒子的布朗運動較快,大粒子的布朗運動較和緩。所以用動態光散射法較難觀測到10μm以上的粒子。大塚電子使用市售10μm 乳膠粒子標準品量測,作為信賴保證上限,而超過這範圍的粒子也會顯示,只是無法保證其信賴度。(顯示範圍:0.1nm~1mm)  

(D)超過量測範圍時怎麼辦

每一間廠牌對超過自己機台量測範圍的大粒子有不同做法,部分廠牌會直接刪除該部分數據,導致使用者無法判斷是否有大顆粒的凝集,大塚電子的動態光散射則會忠實地呈現出該部份粒徑。我們認為粒徑分析儀大量使用在各種材料研究及品保中,若無法實際呈現凝集的情況,是有很大風險的。  

(E)為什麼雷射回折無法量測小顆粒

上面簡單介紹了DLS方法較難量測大顆粒粒徑的原因,接著簡述以雷射回折法為何在nm尺度下精度較差。 因為雷射回折法主要是以粒子散射角度的相關性求得粒徑大小,在小粒子時相對於觀測光而言,粒子本身的散射角度依存性會消失。 從上圖我們可以看到不同大小的粒子散射強度對角度作圖,在500nm的粒子還能勉強看到一個波,再下去更小的粒子角度依存性幾乎消失,也是因為這原因雷射回折在nm尺度下的量測較為困難。  

(F)那影像解析法呢?

TEM最大的優點是可以直接看到一次粒子的物理直徑,但與DLS的流體力學半徑在物理意義上不太一樣。流體力學直徑會隨環境改變(e.g.溶劑種類、添加劑比例…etc),一般而言流體力學直徑會略大於物理直徑,我們認為流體力學直徑才能真正反映該粒子在該環境下真正的狀態。 TEM造價昂貴,前處理較為繁瑣,且因為取樣的關係,無法反映溶劑整體狀態等問題。但是研究經費充足的話,能提供一次粒子的粒徑以外,還可能提供晶體結構等寶貴訊息。     各種原理有各自擅長的量測範圍,使用者可依照自己研究的粒子大小選擇適用原理,再來做機台評估。    

參考機型