

引言
顆粒表征技術種類繁多,每種技術產生的數據結果及粒徑報告定義各不相同,這導致實驗室使用多種分析工具時容易產生混淆。常見問題包括:“哪種粒徑定義適合特定技術?哪種粒度定義適合數據比較?"通常,被測體系的復雜性會進一步增加數據解讀的難度。
NanoSight Pro
納米顆粒跟蹤分析(NTA)是常用于表征粒子尺寸的光散射技術之一。馬爾文帕納科NanoSight Pro納米顆粒跟蹤分析儀(圖1)運用NTA技術,在表征納米材料與生物樣本時提供高分辨率的粒度及濃度數據。通過直接成像和對逐個顆粒進行分析,NanoSight Pro提供全面洞察,讓用戶即時掌握樣品的復雜性與異質性。高分辨率粒徑分布圖呈現詳盡信息,使用戶能輕松解讀數據,提取寶貴洞見以支持決策制定。

圖 1:NanoSight Pro 納米顆粒跟蹤分析儀
NanoSight Pro可以向用戶呈現多種格式的數據,包括圖形展示、直接數值、間接圖像以及顆粒運動視頻。這些多樣化的輸出結果為全面解讀數據提供了可能。
下面將向您解讀NTA數據的定義及其用途。
01
粒徑定義
一張NTA的測試報告中通常會包含峰值(mode)和平均值(mean)。峰值(mode)對應出現頻率zui高的粒徑值,代表粒徑分布中的主導峰值,表明在給定范圍內該粒徑的出現頻率zui高。平均值(mean)則代表整個粒徑分布的平均值。此外,人們常關注中值粒徑(亦稱D50),該值表示50%的顆粒小于該尺寸,反之則50%的顆粒大于該尺寸。
02
D值
粒度分布的本質,是單個顆粒特性的整體呈現。通過分析D10、D50和D90等數值可對其進行解讀。D值代表整個群體中粒徑等于或小于特定尺寸的顆粒所占百分比。例如,D10 = 56nm 表示總樣本中有10%的顆粒尺寸為56nm或更??;而D50 = 256nm則表明總樣本中50%的顆粒尺寸為256nm或更小。
圖2展示了一個典型的寬分布樣品的粒徑分布圖中峰值、平均值與中值粒徑的區別,同時標注了D值:D10、D50和D90。

圖 2:典型的多分散NTA粒徑分布圖,并標明了常見的特征粒徑:峰值、平均值及中值(D50)。其中,D10、D50和D90為累積分布百分位數,分別對應分布中10%、50%和90%的顆粒小于該粒徑。
對于相對單分散的群體,平均粒徑通常與峰值粒徑、中值粒徑一致或極為接近(圖3A)。但分析多分散樣本時(通常采用NTA分析,見圖3B和3C)需謹慎對待。僅報告單一粒徑值可能無法充分描述復雜體系。此外,對異質分布樣本僅報告平均粒徑可能導致對樣本的偏頗解讀。綜合報告峰值粒徑與粒徑分布范圍可全面描述未知多分散樣本。更進一步,您可報告未知顆?;旌衔镏兴锌梢姺逯档姆逯盗?。此方法能確保對體系內多樣化顆粒群體的理解更為全面且細致入微。

圖3 展示了不同多分散性系統的NTA粒徑分布示例。A) 單分散體系:其峰值、中值及平均粒徑數值接近。B) 異質體系:呈現兩個明顯區分的粒徑群體。C) 多峰體系:包含三種離散的粒徑分布。對于此類多峰體系,報告各峰的峰值粒徑最能準確表征其組成,僅報告平均粒徑則缺乏足夠的描述力。
本文中提到的D10,D50和D90均為基于數量分布給出的Dn10,Dn50和Dn90。
03
粒徑分布寬度Span——多分散性指標
D10、D50、D90這三個數值常被綜合用于計算單一指標“粒徑分布寬度Span"。相較于僅依據分布中的單一點位作為規格指標,更建議結合其他粒徑參數來有效表征分布寬度。納入額外粒徑參數有助于更全面地理解分布范圍及變異性。
粒度分布寬度Span通過(D90 – D10) / D50計算得出,是量化粒徑分布寬度的常用指標。該計算結果以數值形式呈現分布范圍,為顆粒尺寸的整體分布提供重要信息,可用于評估樣品的多分散性(表1)。
表1. 典型 NTA 樣品的多分散性及分布寬度值范圍。

該指標概括了顆粒尺寸的一致性程度。D10、D50、D90及分布寬度共同提供了顆粒尺寸分布的全面概覽,揭示了顆粒尺寸的整體均勻性或多樣性(圖4)。

圖4: 作為多分散性指標的 NTA 粒徑分布圖(RAW與 FTLA 擬合)及其對應分布寬度示例
結
論
Conclusion
峰值、平均值、粒徑分布范圍及分布寬度共能夠全面反應顆粒尺寸分布的情況,有助于了解樣本中常見的粒徑以及其集中趨勢。