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更新時間:2026-10-16
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一句話結論:亞微米級顆粒與蛋白分子的粒徑,一般用動態光散射(DLS)測,配套的 Zeta 電位用電泳光散射(ELS)測。決定"濃樣品能否測準"的關鍵不是激光功率,而是 光學設計——背散射(NIBS)配合可變測量位置與高效光纖,比傳統的固定角度散射更能覆蓋高濃度與寬粒徑區間。選型時優先確認三件事:濃度適用范圍、是否支持自動 pH 滴定、以及數據合規留痕能力。
把樣品放在激光束中,液體里的顆粒在不停做布朗運動。顆粒越小,運動越快,散射光強度的波動頻率也越高。儀器記錄一段時間內(常見 30 秒到 120 秒)的散射光強度波動,用相關函數擬合出擴散系數,再代入斯托克斯—愛因斯坦方程,換算出等效球體的直徑。
這里有兩個容易被忽略的前提:溫度與黏度必須已知,因為方程里用的是它們的值;測到的粒徑天然包含顆粒表面的溶劑化層與吸附層,所以它叫流體動力學粒徑,數值上通常略大于電鏡看到的幾何尺寸。拿 DLS 結果和電鏡結果直接對等比較,是常見誤判來源。
涉及標準方面,我國現行 GB/T 29022-2021《粒度分析 動態光散射法(DLS)》于 2021 年 12 月 31 日發布、2022 年 7 月 1 日實施,代替了 GB/T 29022-2012,并等同采用 ISO 22412:2017。需要注意該標準適用于分散于液體中、主體為亞微米級的顆粒、乳劑或微細氣泡,并特別指出:高濃度狀態下顆粒間相互作用與多重散射會成為主導效應,導致高、低濃度樣品的粒徑測量結果出現顯著差異。Zeta 電位的測量方法則由 ISO 13099 系列(膠體體系 Zeta 電位測定方法)覆蓋。

粒徑回答"顆粒多大",Zeta 電位回答"體系穩不穩"。給樣品加一個電場,帶電顆粒會向電極遷移,儀器用 ELS 測出電泳遷移率,再換算成 Zeta 電位。Zeta 電位絕對值偏低,往往意味著顆粒之間靜電排斥不足、有團聚傾向。因此配方篩選階段常把粒徑與 Zeta 電位成對看:粒徑在漲、Zeta 在降,基本可以判斷體系在失穩。
實操上的麻煩在于,Zeta 電位對介質環境非常敏感——pH、離子強度、分散劑種類變了,數值就會明顯不同。所以跨實驗室比較 Zeta 數據時,先核對測試條件是否一致,比直接比對數值更有意義。在高導電介質中,常規方法容易受電極極化影響,需要具備恒流模式的相位分析光散射(如 M3-PALS)才能獲得可用的 Zeta 電位與電泳遷移率數據。
| 誤區 | 更穩妥的做法 |
|---|---|
| 把 DLS 粒徑當成幾何粒徑,直接與電鏡比對 | 先明確是流體動力學粒徑;比較時說明測試方法與樣品前處理是否一致 |
| 只報一個粒徑數值,不看分布 | 同時給出 Z-Average 與 PDI;分布過寬時考慮改用其他粒徑方法補充 |
| 為了降低散射強度而大幅稀釋 | 稀釋會改變離子強度與表面狀態;盡量在接近實際體系的濃度下測量 |
| 跨批次 / 跨實驗室直接比 Zeta 數值 | 核對 pH、離子強度、分散劑與溫度,條件不一致時數值不具可比性 |
還有一個與濃度相關的點值得展開:GB/T 29022-2021 已經明確,高、低濃度樣品在測量原理上相同,但高濃度對儀器構造和樣品制備有特殊要求。這也是為什么背散射設計在生物制劑、疫苗佐劑、脂質納米顆粒一類的濃樣品上更常見——它通過背向收取散射光并調整測量位置,縮短了光在樣品中的有效路徑,從而在很寬的濃度范圍內維持可用信號。
馬爾文帕納科 Zetasizer Pro 屬于常規實驗室測量方案,可測量顆粒粒度、分子大小、電泳遷移率、Zeta 電位和分子量。下表按廠商公開資料整理,實際配置以廠商最新資料為準。
| 可測項目 | 顆粒粒度、分子大小、電泳遷移率、Zeta 電位、分子量 |
| 粒徑測量范圍(DLS) | 0.3 nm – 10 μm 的顆粒與分子的粒度及粒度分布 |
| Zeta 電位(ELS) | 測量顆粒與分子的 Zeta 電位,用于判斷樣品穩定性與團聚傾向;具恒流模式 M3-PALS,可在高導電介質中測量 |
| 光學設計 | 非侵入背散射(NIBS):背散射檢測 + 可變測量位置 + 高效光纖技術;相比傳統 DLS 顯著擴大樣品濃度范圍與粒度測量范圍 |
| 速度與算法 | 粒度測量速度較以往型號提升一倍以上;“自適應相關"算法計算速度同樣提升一倍以上,可在減少樣品制備的情況下完成更多可重現測量 |
| 軟件與數據質量 | 以樣品為中心的 ZS Xplorer 軟件,支持指導式使用并可構建復雜模型;通過深度學習的數據質量系統可評估粒度數據質量問題,并給出改進建議 |
| 擴展配置 | 濾光片轉盤提供熒光濾光片及垂直 / 水平偏振片;可選 MPT-3 自動滴定儀研究 pH 變化的影響;提供可拋棄與可重復使用樣品池,以適配不同樣品體積與濃度 |
| 可升級性 | 需求變化時可現場升級到 Zetasizer Ultra |
Zetasizer 系列的另一個背景信息是:GB/T 29022-2021 的主要起草單位中包含"上海思百吉儀器系統有限公司(馬爾文帕納科(中國))",即該品牌參與了這一國家標準的起草工作。對需要做方法學驗證或撰寫申報材料的實驗室來說,這一條可以作為方法來源可靠性的一項旁證。
| 指標 | 含義 | 判讀提示 |
|---|---|---|
Z-Average | 全強度加權平均粒徑 | 對散射強的大顆粒敏感;少量團聚即可把它抬高,適合做穩定性趨勢指標 |
| PDI | 多分散指數,反映分布寬窄 | 越小說明樣品越均一;數值偏大時,單一粒徑結果對樣品的代表性下降 |
| Zeta 電位 | 顆粒表面電荷狀態 | 絕對值偏低提示靜電排斥不足、有團聚傾向;跨條件比較前須核對 pH 與離子強度 |

把這三個指標連起來看,比單獨報任何一項都更有說服力:粒徑與 PDI 同步上升說明分布變寬;粒徑上升而 Zeta 電位下降,通常指向團聚;Zeta 電位在某個 pH 附近由正轉負,則提示體系存在等電點,配方設計需要避開該區間。
Q1:樣品超聲后粒徑變小,說明樣品本來團聚嗎?
不一定。超聲本身可能打散松散聚集體,也可能改變顆粒表面狀態。建議固定超聲功率與時間,并記錄超聲前后的粒徑與 PDI,作為方法參數寫入 SOP,而不是每次實驗憑手感處理。
Q2:測量時間越長越好嗎?
不是。單次采集通常 30 秒到 120 秒,靠重復次數與統計來提升可信度。如果樣品在測量過程中本身在變化(例如發生團聚或溶解),延長單次時間反而會把變化過程平均掉。
Q3:能不能只測 Zeta 不測粒徑?
可以,但不建議長期這么做。Zeta 電位只反映電荷狀態,體系是否真的團聚仍要看粒徑與 PDI 的變化。做長期穩定性考察時,三者一起測才構成完整證據鏈。
Q4:現場升級從 Pro 到 Ultra 有意義嗎?
取決于是否需要更高分辨率的粒徑分布、以及是否需要直接測顆粒濃度。如果只是常規粒度與 Zeta 質控,Pro 的配置已經覆蓋大部分需求;若研究方向涉及病毒、類病毒顆粒(VLP)這類較難表征的樣品,再考慮升級。
參考與延伸閱讀
GB/T 29022-2021《粒度分析 動態光散射法(DLS)》,2021-12-31 發布,2022-07-01 實施,等同采用 ISO 22412:2017。全國標準信息公共服務平臺可查。
ISO 22412:2017 Particle size analysis — Dynamic light scattering (DLS).
ISO 13099 Colloidal systems — Methods for zeta-potential determination.
馬爾文帕納科 Zetasizer Pro 公開產品資料(NIBS 光學設計、0.3 nm–10 μm 粒徑范圍、M3-PALS、ZS Xplorer 軟件、自適應相關算法、可現場升級至 Zetasizer Ultra 等)。
說明:本文為技術原理與選型方法的整理,參數以蘇州阿爾法生物資料為準。文中數據不構成對任何具體樣品的檢測結論,產品使用請遵循廠家說明書。