背景：

粒度分布（PSD）在制藥,、食品和飲料,、化妝品和材料科學等行業(yè)中起著至關重要的作用,。雖然有各種技術可用于確定顆粒粒徑及其分布,，然而大多數(shù)技術都需要樣品有個前處理環(huán)節(jié)（如稀釋,、泵送或添加外部應力……）,，這可能會影響樣品自然狀態(tài)下的粒徑的結果,。為了強調對更多方法表征的興趣和對自然放置狀態(tài)下樣品進行顆粒研究的重要性,，使用TURBISCAN研究了在不同鹽濃度下對TiO2的粒度分布（PSD）的影響,。   

TURBISCAN技術基于靜態(tài)多重光散射（SMLS），包括向樣品發(fā)送光源,，以獲取樣品在原始狀態(tài)下的整個高度的背散射和透射信號,。通過以適當?shù)念l率重復此測量，該儀器能夠在不稀釋的情況下監(jiān)測樣品的物理穩(wěn)定性,。

圖1. 從TURBISCAN數(shù)據(jù)到Turbisize的PSD

制備了兩種分別為0.1%和1% wt/v的二氧化鈦（TiO2 AEROXIDE® P25,，來自Evonik）水溶液,，并測量了不同濃度的氯化鈉（NaCl）鹽濃度對粒徑的影響。兩種不同濃度的TiO2分散水溶液+不同NaCl濃度（0%,、0.1%,、0.3%、0.5%和1% wt/v）,。

每個懸浮液都按照以下方案進行分散：

1.分散2分鐘,，使溶液均勻。

2.隨后使用超聲波水浴再混合5分鐘

3.最后,，使用超聲波探頭再進行10分鐘的超聲波分散處理,。

然后用TURBISCAN直接測量樣品。

懸浮液TiO2 1%和0.1%wt/v NaCl的測量結果示例見（圖2）,。透射光（T%-譜圖上半部分）和背散射光（BS%-譜圖下半部分）變化表示為隨時間（6小時）變化的樣品高度（單位：mm）的函數(shù),。

圖2. TiO2 1%和0.1% wt/v NaCl懸浮液的沉降曲線

圖形的左半部分表示樣品的底部，右半部分表示樣品的頂部,。時間刻度上的顏色漸變對應于每次掃描時間流逝,，初時刻掃描為藍色，末時刻掃描為紅色,。

根據(jù)圖表,，確定了以下不穩(wěn)定因素：

1.    在樣品底部（區(qū)域1）——背散射——圖表的左側——背散射信號隨時間增加，顆粒逐漸沉積并局部改變懸浮液濃度,，沉淀層隨著時間的推移而逐漸形成,。

2. 
   

2.    在樣品頂部（區(qū)域3）-圖表的右側-TRANSMISSION（透射光）-透射信號的強度隨高度增加，懸浮液變得不那么濃稠,。對于不同的NaCl和TiO2濃度,，發(fā)現(xiàn)了類似的沉降曲線。根據(jù)顆粒遷移情況,，計算了基于體積的粒度分布,。圖3顯示了不含NaCl的1% wt/v TiO2懸浮液的粒度分布。粒度分布測定顯示單峰分布,，粒徑為135 nm,。

圖3. 水中TiO2 1% wt/v的體積粒度分布

而下圖的圖4則顯示了在不同NaCl濃度下1% TiO2 wt/v的PSD計算。通過添加鹽來增加介電離子強度,，會減少TiO2顆粒之間的排斥電荷,，導致其聚集，從而形成更大的顆粒,，發(fā)現(xiàn)：

圖4. 不同NaCl濃度下TiO2 1%wt/v的粒度分布

1. 平均粒徑從135納米變化到2.5µm,；

2. 粒徑分布PSD的形狀由單峰分布和高斯分布演變?yōu)槎喾宸植技胺峙洹?/p>

對樣品TiO2進行了同樣的分析,，其濃度為0.1% wt/v,，比之前的測試濃度低10倍,，且也在NaCl濃度不同的情況下測試PSD。每種配方的粒度分布如圖5所示,。

圖5. 不同NaCl濃度下0.1% wt/v TiO2懸浮液的粒度分布

比較圖5中1% wt/v TiO2懸浮液和圖4中0.1% wt/v TiO2懸浮液的分散結果：

1. 沒有NaCl鹽時,，TiO2濃度對平均粒徑的影響較小（0.1% TiO2時為150 nm,，1% TiO2時為135 nm）,。但是，它會影響分布的形狀,，在更稀釋的分散體中,，0.1µm處會觀察到一個小肩峰。

2. 
   

2.正如在1%濃度下的TiO2中觀察到的那樣,，添加NaCl會導致粒徑增大（從150nm到1µm）且粒徑分布變寬,。然而，在1%的鹽濃度下,，鹽濃度的影響僅限于較低的鹽濃度,，而在0.1%的TiO2中，0.1%的NaCl就足以“飽和”TiO2表面并導致強烈的聚集,。根據(jù)這項研究可知，鹽對平均粒徑和粒度分布的影響在很大程度上取決于TiO2的濃度,。

 結論

上述實驗結果研究表明,，不同濃度的 TiO2會對粒徑產生影響。TiO2稀釋到0.1% wt/v濃度時,，看不到不同鹽添加量的影響,。而TURBISCAN無需稀釋，且采用非破壞性方法,，因此對于測量最終產品的代表性粒度分布（PSD）具有重要意義,。TURBISIZE也可以用于與其他技術獲得的結果進行關聯(lián)和比較。

參考文獻

[1] P. Bowen, Particle size distribution measurement from millimeters to nanometers and from rods to platelets, J. Dispers. Sci. Technol. 23 (5) (2002) 631–662.

[2] G. Swirniak, ′ J. Mroczka, Forward and inverse analysis for particle size distribution measurements of disperse samples: a review, Measurement 187 (2022), 110256.

[3] R. Ragheb, U. Nobbmann, Multiple scattering effects on intercept, size, polydispersity index, and intensity for parallel (VV) and perpendicular (VH) polarization detection in photon correlation spectroscopy, Sci. Rep. 10 (1) (2020)1–9.

[4] D.J. McClements, J.N. Coupland, Theory of droplet size distribution measurements in emulsions using ultrasonic spectroscopy, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 117 (1–2) (1996) 161–170.

[5] M. Balcaen, L. De Neve, K. Dewettinck, P. Van der Meeren, Effect of dilution on particle size analysis of w/o emulsions by dynamic light scattering, J. Dispers. Sci. Technol. 42 (6) (2021) 869–879.

[6] F. Storti, F. Balsamo, Particle size distributions by laser diffraction: sensitivity of granular matter strength to analytical operating procedures, Solid Earth 1 (1) (2010) 25–48.

[7] N. Haller, U. Kulozik, Separation of whey protein aggregates by means of continuous centrifugation, Food Bioproc. Technol. 12 (6) (2019) 1052–1067.

[8] D.J. McClements, Ultrasonic measurements in particle size analysis, in: Encyclopedia of Analytical Chemistry, 2000, pp. 5581–5588.

[9] R. Weser, S. Wockel, ¨ B. Wessely, U. Hempel, Particle characterisation in highly concentrated dispersions using ultrasonic backscattering method, Ultrasonics 53 (3) (2013) 706–716.

[10] H. Yang, M. Su, X. Wang, J. Gu, X. Cai, Particle sizing with improved genetic algorithm by ultrasound attenuation spectroscopy, Powder Technol. 304 (2016) 20–26  

TURBISCAN TOWER是新款的穩(wěn)定性分析儀,，擁有更高的精確度,，同時測量六個樣品。具有更寬的溫度范圍,，4℃的模擬冷藏溫度,，特別適用用于研究食品的貨架期。

該儀器對所分析的樣品可以有一個寬的范圍,，粒子尺寸范圍從0.01μm-1mm,，其樣品的濃度可以達到體積百分比95%。 

穩(wěn)定性分析儀 TURBISCAN LAB

TURBISCAN LAB是專門為實驗室定制的研究級穩(wěn)定性分析儀,。在樣品無稀釋,、無擾動,、無接觸的條件下全面表征所有物理不穩(wěn)定現(xiàn)象。

該儀器對所分析的樣品可以有一個寬的范圍,，粒子尺寸范圍從0.05μm-1mm,，其樣品的濃度可以達到體積百分比95%。