常见问题:在纳米颗粒表征的过程中,折射率和吸收率有多重要?
材料的光学性质对其散射行为影响极大,米氏理论(Mie theory) 可完整描述这些现象,因此是最佳分析模型。例如,材料的折射率 n与吸收率 k会直接影响光散射强度。但很多研究纳米材料的人员并不清楚材料本身的光学性质,这种情况下该如何处理?
纳米颗粒光学性质相关要点
马尔文 Zetasizer 系列纳米粒度电位仪
散射强度与材料属性直接相关。但对于动态光散射(DLS),尽管实验设置中常要求输入材料属性,这些参数并非必需。
若仅需光强平均粒径与光强多分散系数(PDI),无论使用何种材料,结果都不受影响。
当需要将光强粒径分布转换为体积分布或数量分布时,材料属性就至关重要。此时必须精确计算每个纳米颗粒的散射光量,而米氏理论需要颗粒的折射率与吸收率才能完成预测。
对于小于100nm的微小纳米颗粒,材料属性几乎无影响,DLS测得的体积分布不会发生明显改变。
折射率对Zeta电位有影响吗?
马尔文 Zetasizer 系列纳米粒度电位仪
Zeta 电位计算基于电泳迁移率,仅由分散介质性质决定,与颗粒材料属性无关。
理论上,测试 Zeta 电位无需输入任何材料参数;仅软件操作要求选择材料,不影响结果。
实操方法:尝试不同参数观察效果
马尔文 Zetasizer 系列纳米粒度电位仪
除了了解上述要点外,在具体实验中,你也可以通过设置不同折射率数值,对比结果差异:
选中已有数据记录,右键编辑。
新建样品名称(如:钨样品 n=1.6,abs=0.01)。
编辑材料属性:添加材料名称、折射率与吸收率 ,确认保存。
按住 Ctrl 键同时选中原记录与新记录,叠加对比结果。
你会发现:光强分布、Z 均粒径、多分散系数无差异,仅体积分布会随材料属性变化。
此外,可以通过搜索了解纳米材料的一些光学性质。
常见纳米材料光学参数
马尔文 Zetasizer 系列纳米粒度电位仪
下表列出了一些常见纳米材料的光学性质,其中部分来自标准软件参数。最新的Zetasizer Advance软件集成了一些列标准材料的光学参数,包含聚苯乙烯、蛋白质、胶体金、SiO2、TiO2、胶体银、脂质体、磁铁矿和赤铁矿,软件截图附于文末。
常用纳米材料光学参数表(633nm氦氖激光,Zetasizer系列适用)

#“通过直角光散射和浊度对脂质体进行光学表征" Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes 1467, 1, 219-226 (2000)
* “通过纳米颗粒跟踪分析测量折射率揭示了胞外囊泡的异质性" 《细胞外囊泡杂志》2014年,3卷:25361 DOI: 10.3402/jev.v3.25361 (2014)
+ 此外,聚合物数据库上的“非晶孔分子折射率"中也有相关列表。

图1 Zetasizer Advance软件中的部分纳米材料光学参数列表
综上所述,即使不输入折射率与吸收率,我们仍可通过 DLS 获得纳米颗粒的有效测试数据。