DLS 與粒徑比色皿:廠商相容性與選擇
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DLS / 粒徑比色皿是 一支底部平整拋光、四個側面光學拋光的特殊石英比色皿,為量測 90° 或背散射強度的動態光散射儀器(Malvern Zetasizer、Brookhaven NanoBrook、Wyatt DynaPro)設計。標準 DLS 比色皿為 12.5 × 12.5 × 45 mm、體積 800 µL;次微升的粒徑量測需要 JGS1 等級的毛細管或低體積版本,供 350 nm 以下的蛋白質與奈米顆粒工作。
DLS 與粒徑比色皿:廠商相容性與選擇
在 Malvern Zetasizer、Wyatt DynaPro、Anton Paar Litesizer、Brookhaven 90Plus 等 DLS 儀器上做動態光散射奈米顆粒分析的比色皿選擇。幾何、表面品質、製法等級,以及把好的 DLS 數據與雜訊分開的樣品製備紀律。
動態光散射透過追蹤固定角度散射的雷射光的時間波動,來量測懸浮液中奈米顆粒的擴散。從自相關函數算出的流體動力學直徑取決於三件事都對:顆粒必須在溶液中、雷射光路必須乾淨,而比色皿必須把盡量少的雜散光散射進偵測器。比色皿是光路的一部分,也是數據品質有意義的貢獻者。
本指南涵蓋 DLS 對比色皿的要求——幾何、表面品質、樣品體積、製造紀律——並把這些需求對應到主要儀器家族:Malvern Zetasizer(主導平台)、Wyatt DynaPro、Anton Paar Litesizer、Brookhaven 90Plus,以及幾個較不常見的平台。第 9 節的決策矩陣把實驗類型對應到 MQ 產品,型錄部分列出六個以 DLS 就緒比色皿出貨的 MachinedQuartz SKU。
1. DLS 如何運作 — 以及為何比色皿在光路裡出現兩次
靜態光散射(SLS)量測散射光的平均強度來推導分子量;動態光散射(DLS)量測該強度的時間波動來推導粒徑。當懸浮液中的奈米顆粒進行布朗運動,它們進出雷射光束腰;任何固定偵測角的散射強度在微秒到毫秒的時間尺度上波動。較小的顆粒擴散較快(波動較快);較大的顆粒擴散較慢。自相關函數 g²(τ) 捕捉這個時間尺度,曲線擬合(窄分布用累積量、多峰用 CONTIN 或 NNLS)給出流體動力學直徑分布。
比色皿在兩側都參與光路:
- The 入射雷射 進入時穿過一片比色皿壁。這個面上的壁散射、表面刮痕或指紋會把雜散散射帶進整個量測。
- The 散射光 前往偵測器時穿過另一片比色皿壁(90° 或 173°,視儀器而定)。這個面上的壁瑕疵直接抵達偵測器——比入射側的瑕疵更糟,因為它們被幾何放大。
這就是為何四透明面拋光比色皿是 DLS 工作的標準:同一支比色皿能用在 90° 與 173° 兩種儀器上,而任何比色皿旋轉都讓入射與偵測光路上都是拋光面。雙面比色皿(只有相對面拋光)只適合透射吸光度、對 DLS 是錯的。
2. DLS 對比色皿的要求
比色皿的五個物理性質決定你的數據是好的還是雜訊。
四透明面拋光幾何
比色皿必須在入射與偵測光路上都乾淨透射。雙透明面吸光度比色皿有霧面或未拋光的側面、會雜散散射進偵測器。即使應用純粹是散射,DLS 也要用四透明面比色皿(有時叫「螢光比色皿」)。
光程 10 mm
DLS 的光程慣例是 10 mm。光程其實在數學上不影響結果(DLS 量的是強度波動、不是吸光度),但儀器幾何與樣品體積的考量已把 10 mm 標準化。有些特殊短光程比色皿(1 mm)存在、供非常濃的樣品或高消光背景;只在你儀器廠商明確建議時才用。
表面品質
光學孔徑上窗口平整度在 λ/4(約 150 nm)以內;表面粗糙度 Ra < 0.05 µm。光學面上看得見的刮痕、水漬或指紋直接貢獻到雜訊地板。
樣品側壁面處理
內壁必須乾淨且無塵。石英比色皿本質上光滑;問題在污染、不在製造。黏在內壁上的一粒灰塵散射的光跟懸浮液中一個 100 nm 顆粒一樣多——一粒灰塵就能毀掉一次量測。
材料等級
標準 JGS2 熔融石英對可見光雷射 DLS(532 nm 綠、633 nm 紅)沒問題。除非你的儀器也提供 405 nm 或更短的激發,否則不需要 JGS1 深紫外級。光學玻璃(BK7 級)對 532/633 nm 行、但對那一小部分用 405 nm 的平台不行。
3. 廠商相容性 — 主要 DLS 平台
標準 10 mm 四透明面熔融石英比色皿(12.5 × 12.5 × 45 mm 外部尺寸)是通用的 DLS 比色皿——對每個主要儀器家族都是原生的。廠商不同之處在於他們為特定應用提供的特殊比色皿:例行篩選的一次性比色皿、zeta 電位的毛細管比色皿、粒徑 + zeta 合併量測的折疊比色皿。
Malvern Zetasizer(Nano ZS / ZSU / Pro / Ultra)
全球主導的 DLS 平台。原生接受標準 10 mm 四透明面石英;Malvern 出貨自家玻璃比色皿(PCS1115)與一次性聚苯乙烯(DTS0012)。對 zeta 電位量測,折疊毛細管比色皿(DTS1070)是標準且專屬的。Zetasizer 的 173° 背散射幾何比 90° 儀器更能容忍樣品濁度——對否則會被多重散射主宰的濃樣品很有用。
Wyatt DynaPro(NanoStar / Plate Reader II)
單比色皿 NanoStar 與 384 孔盤讀取器規格。NanoStar 用標準 10 mm 石英比色皿;盤讀取器工作的規格是 SBS 盤、不是比色皿。Wyatt 的標準配件範圍不出貨一次性聚苯乙烯比色皿;石英是建議的選擇。Wyatt 也提供 MALS 與 SLS 合併平台(DAWN、miniDAWN),此時同樣適用這套比色皿紀律、再加上對 SLS 角度強度分布更嚴的清潔要求。
Anton Paar Litesizer(100 / 500 / DLS Pro)
較新世代的 175° 背散射平台,強烈聚焦於自動化量測。標準 10 mm 石英原生;支援一次性 PMMA 與聚苯乙烯;zeta 電位的 Omega 毛細管比色皿是廠商專屬的。Anton Paar 的「顆粒品質」回饋演算法幫忙在量測中辨識樣品問題——對吵雜或不均質的樣品很有用。
Brookhaven 90Plus / NanoBrook
90° 散射幾何;標準 10 mm 四透明面石英原生;支援一次性比色皿。Brookhaven 在 90Plus PALS 平台提供 SLS 選項。原生的測角儀平台(BI-200SM)接受標準比色皿、加上供非常小樣品的特殊窄孔比色皿。
其他平台
- Postnova / Wyatt FFF + DLS 混合: 標準 10 mm 石英,整合進流路;清潔變得與流通池相關
- Stunner(Unchained Labs): 供生物製藥的高通量盤式 DLS;用專屬的液滴規格、不是標準比色皿
- NanoSight(Malvern NTA): 不同的技術(單顆粒追蹤、不是 DLS);用一個帶雷射照明觀測體積的流通池、不是比色皿
4. 樣品體積考量
標準 10 mm DLS 比色皿(標稱體積 3.5 mL)需要至少裝到讓樣品落在雷射光路與偵測收集錐裡的最低量。裝不足的比色皿產生彎液面邊緣散射、污染自相關。
最低裝填高度
- 標準 10 mm 四透明面比色皿(標稱 3.5 mL): 90° 儀器最低裝填約 700 µL;背散射(173°)儀器約 1.0–1.5 mL
- 減量比色皿(半微量標稱 1.4 mL): 200–400 µL;對有限樣品有用,但查廠商的最低規格
- 毛細管比色皿(zeta 電位): 200–1,000 µL;廠商專屬規格
「樣品越多越好」的經驗法則
在合理的限度內,把比色皿裝到標稱容量的 80–90%(而非最低量)給出更穩定的量測。原因:雷射在彎液面下方很深處通過;小樣品體積裡的熱對流減少;樣品柱上方的比色皿壁不會透過近場照明貢獻雜散散射。
5. 清潔紀律 — 把好的 DLS 與壞的分開的東西
DLS 比色皿與樣品的清潔與吸光度工作本質上不同。米氏散射強度隨顆粒直徑的六次方縮放,所以 100 nm 奈米顆粒樣品裡的單一 1 µm 灰塵散射的光跟一百萬個目標奈米顆粒一樣多。自相關函數把這污染擬合成彷彿是「真實的」次微米尺寸族群,使你報告的粒徑分布偏差、發明出不存在的峰。
預先過濾每個樣品
- 1–200 nm 範圍的樣品用 0.45 µm PVDF 或 PES 注射器濾器
- 50 nm 以下、需要更高把握度除塵的樣品用 0.22 µm
- 超乾淨工作(胞外囊泡、病毒顆粒、超細奈米顆粒)用 0.1 µm
- 對不能過濾的樣品(大顆粒、易膠化的配方),以 3,000 g 離心 5 分鐘;取上清液做 DLS
DLS 的比色皿清洗規程
- 用去離子水沖 3×
- 用 HPLC 級甲醇或乙醇沖 3×
- 在 1% Hellmanex II 或同級清潔劑裡浸泡 10 分鐘
- 用 HPLC 級水沖 5×
- 最後用 HPLC 級甲醇沖洗
- 在無塵區(層流櫃最理想)倒置在無棉絮拭布上乾燥
- 把比色皿拿到強燈下旋轉檢查——任何看得見的顆粒、薄膜或擦痕都代表要重洗
存放
把清洗好的 DLS 比色皿倒置存放在泡棉緩衝盒裡、光學面受保護。在空氣中存放數小時內就會被灰塵污染;存放在氮氣吹掃盒或密封容器裡延長清洗間隔。任何時候都避免用裸手碰光學面——即使清洗後,指紋油脂幾秒就轉移過去。
6. 製法等級選擇
MachinedQuartz 以三種製法等級製造 10 mm 四透明面 DLS 比色皿。每一種都能用在每個主要 DLS 儀器上;選擇取決於溶劑相容性、光學表現與價格層級。
Standard 80(膠接)
成本最低;僅水樣。窗口與側壁之間的接合膠會在乙腈、DMSO、二氯甲烷與其他有機溶劑裡溶解。給例行水性工作與學生實驗室——不給含溶劑的配方。
Sintered 80(粉末燒結)
中階;耐溶劑的粉末燒結構造。對所有常見有機溶劑與稀酸穩定。製藥、生技與奈米材料合成實驗室例行 DLS 品管工作的預設選擇。633 nm 時 T > 80%。
Molded 83(一體熔合)
最高效能;一體整體熔合構造、無接合界面。633 nm 時 T > 83%(三種等級中光通量最高)。對所有溶劑與高達 1200 °C 的高溫穩定。透射穩定性最要緊的 SLS 工作的選擇。
決策規則
- 僅水樣、預算層級 → Standard 80 (C104CS92 / C104CS93)
- 混合水性 + 有機、例行品管 → Sintered 80 (C104CA6 / C104CA7)— 多數實驗室的預設
- SLS 選項、頂級 DLS、非常嚴格的應用 → Molded 83 (C104CE29 / C104CE30)
關於底層製造工藝的細節,見我們的 製造方法指南.
7. 石英 vs 一次性塑膠比色皿 — 誠實比較
多數 DLS 儀器廠商以吸引人的單價出貨一次性聚苯乙烯或 PMMA 比色皿(Malvern DTS0012、Anton Paar PMMA 比色皿)。支持一次性的論點是便利:不用清洗、無殘留帶入、每次量測都是整批新鮮開始。支持石英的論點是數據品質。
| 性質 | 石英(10 mm 四面) | 一次性聚苯乙烯 / PMMA |
|---|---|---|
| 單價 | $80–200(可重複用多年) | $1–3(單次使用) |
| 需要清洗 | 需要(3–5 分鐘規程) | 不需要 |
| 殘留帶入風險 | 清洗正確的話很低 | 零(單次使用) |
| 溶劑相容性 | 水性 + 多數有機物 | PMMA 在丙酮、MeCN、DCM 失效;PS 在 MeCN、DCM、乙酸乙酯失效 |
| 背景散射 | 非常低(乾淨石英) | 較高(聚合物鏈散射) |
| 紫外雷射(405 nm)相容性 | 是(用石英 JGS2) | 有限(PS 在 280 nm 以下不透明) |
| 溫度上限 | 高達 1200 °C(Mold 83) | ~ 最高 60 °C |
| 光學表面品質 | 拋光、λ/4 平整度 | 模製;細微的波紋 / 痕跡圖案 |
| 最適合 | 驗證過的方法、低濃度、苛刻樣品、10 nm 以下的小顆粒工作 | 高通量篩選、髒樣品、生物危害材料、對污染敏感的工作流程 |
務實的建議
兩者都備。例行高通量篩選與受污染樣品用一次性。以下用石英:驗證過的方法運行、GMP 相關工作、最小的粒徑(10 nm 以下,聚苯乙烯散射背景主宰之處)、訊噪比要緊的低濃度樣品,以及任何聚合物比色皿失效的有機溶劑配方。成本取捨取決於你的通量。
8. Zeta 電位、電泳與合併 SLS
好幾台 DLS 儀器提供需要不同比色皿規格的額外量測模式。
Zeta 電位(毛細管比色皿)
Zeta 電位量測在樣品上施加電場、量測帶電奈米顆粒因此產生的電泳遷移率。標準比色皿是帶兩個電極的折疊毛細管比色皿;Malvern DTS1070 是主導規格。這些比色皿是廠商專屬的;MachinedQuartz 不製造這種規格。Zeta 電位工作請向儀器廠商採購。
同一台儀器上的靜態光散射(SLS)
有些平台(Malvern Zetasizer Ultra、Wyatt DAWN、Brookhaven 90Plus PALS)在 DLS 之外提供 SLS,從多角度的絕對散射強度推導分子量(Zimm 圖)。SLS 對比色皿透射與表面品質的要求比 DLS 高得多,因為讀出是絕對強度(不是時間波動)。SLS 工作請用可得的最高等級比色皿(我們範圍裡的 Molded 83)與最嚴格的清洗規程。
多角度 DLS(MADLS)
較新的 Zetasizer 機型把 13°、90° 與 173° 量測合進單一實驗,以改善粒徑分布解析度。標準四透明面石英比色皿同時對三個角度都有效——這是四面拋光的幾何優勢。
奈米顆粒追蹤分析(NTA / NanoSight)
完全不同的技術——透過暗場顯微鏡在流通池裡追蹤個別奈米顆粒。用專屬的流通室、不是標準比色皿。在本 DLS 比色皿指南的範圍之外。
9. 決策矩陣 — 實驗類型對比色皿
下面的矩陣把八種常見的 DLS 工作流程類型對應到 MachinedQuartz 比色皿建議。當作起點用;你的特定儀器與樣品可能改變選擇。
| 實驗 | 比色皿規格 | MQ 等級 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 例行蛋白質聚集品管 | 10 mm 四面、3.5 mL | Sintered 80(C104CA6) | 主力;~$100 可無限期重複用 |
| AAV / LNP 表徵(生物製藥) | 10 mm 四面、3.5 mL | Molded 83(C104CE29) | 頂級等級;方法驗證級 |
| 聚合物懸浮液品管(有機溶劑) | 10 mm 四面、3.5 mL | Sintered 80 或 Molded 83 | 避免 Standard 80(膠會溶) |
| 水性奈米材料例行 | 10 mm 四面、3.5 mL | Standard 80(C104CS92) | 最便宜;僅水性 |
| SLS / 分子量(Wyatt DAWN) | 10 mm 四面、3.5 mL | Molded 83(C104CE29) | 絕對強度工作的最高透射 |
| 樣品有限(200–1000 µL) | 半微量四面 | Sintered 80(半微量範圍) | 來自更廣的微量比色皿型錄 |
| Zeta 電位 | 廠商毛細管(DTS1070 等) | 僅廠商 | MQ 不做這種規格 |
| 高通量篩選 | 一次性 PS / PMMA | 廠商一次性 | 用一次性;石英是殺雞用牛刀 |
10. MachinedQuartz DLS SKU 範圍
六個 SKU 以兩種包裝規格(單件 + 兩件裝)涵蓋三種製法等級。全都是 10 mm 四透明面、標稱體積 3.5 mL、PTFE 摩擦蓋、12.5 × 12.5 × 45 mm 外部尺寸。
| SKU | 等級 | 包裝 | 最適合 |
|---|---|---|---|
| C104CE29 | Molded 83 | 1 件 | 頂級 DLS / SLS / 方法驗證 |
| C104CE30 | Molded 83 | 2 件 | 用參考 + 樣品對的方法驗證 |
| C104CA6 | Sintered 80 | 1 件 | 有機 + 水性的例行主力 |
| C104CA7 | Sintered 80 | 2 件 | 背靠背品管的例行配對 |
| C104CS92 | Standard 80 | 1 件 | 入門級、僅水性 |
| C104CS93 | Standard 80 | 2 件 | 入門級配對 |
客製幾何(不同光程、不同體積、半微量四面、更大或更小的外部尺寸)在 5 件以上數量不收模具費。把你的規格寄來報價。
相關指南
11. 常見問題
你需要四透明面。標準雙透明面吸光度比色皿有霧面或未拋光的側面、在 90 度雜散散射進偵測器。結果是雜訊地板比必要高 5 到 10 倍、自相關條件很差,以及算出的粒徑因雜散計數有系統性正偏差。10 mm 四透明面螢光式比色皿是通用的 DLS 比色皿。
標準 10 mm 四透明面石英比色皿在每個主要 DLS 儀器上都能用,包括 Malvern Zetasizer、Wyatt DynaPro、Anton Paar Litesizer 與 Brookhaven 90Plus。廠商不同之處在特殊比色皿:一次性聚苯乙烯(Malvern DTS0012、Anton Paar PMMA)、zeta 電位的毛細管比色皿(Malvern DTS1070、Litesizer Omega)與折疊比色皿。標準石英比色皿是通用的最大公約數。
用去離子水沖三次;用 HPLC 級甲醇或乙醇沖三次;在 1% Hellmanex II 清潔劑裡浸泡 10 分鐘;用 HPLC 水沖五次;最後甲醇沖洗;在無塵區倒置在無棉絮拭布上乾燥。清洗後把比色皿放強燈下旋轉檢查;任何看得見的顆粒、薄膜或擦痕都代表要重洗。倒置存放在泡棉緩衝盒裡;絕不用裸手碰光學面。
一般不行,有兩個例外。標準 DLS 規程用 10 mm 光程,儀器廠商以這個幾何校正。短光程比色皿(1 到 5 mm)可能用於標準 10 mm 比色皿會受多重散射之苦的非常濃樣品,或特殊的需要短光程的配置。用非標準光程前一律向你儀器廠商確認;自相關分析假設標準幾何。
90 度散射儀器最低約 700 微升;像 Zetasizer Nano 這類背散射(173 度)儀器 1.0 到 1.5 毫升。裝到 3.5 mL 標稱容量的 80 到 90% 比只裝到最低量給出更穩定的量測。對樣品有限的應用,半微量四透明面比色皿接受 200 到 500 微升、但需要更小心的過濾與清洗。
對典型濃度與粒徑(50 到 500 nm)的例行蛋白質品管,一次性 PS 比色皿給出與石英相當的品質。對苛刻工作——聚合物散射主宰的 10 nm 以下小顆粒、訊噪比要緊的低濃度樣品、PS 會溶的有機溶劑配方,或 GMP 驗證的方法——石英才是對的選擇。兩者都備;篩選用一次性、驗證過的方法用石英。
米氏散射理論顯示,對比雷射波長小的顆粒(瑞利區、遠小於 100 nm 的顆粒),散射強度隨 d 的六次方縮放,d 是顆粒直徑。對接近波長的顆粒(米氏區),縮放更複雜、但仍強烈與尺寸相關。實際涵義:一個 1 微米灰塵顆粒散射的光比一個 100 nm 奈米顆粒約多一百萬倍——連一粒灰塵都會把自相關往較大的表觀尺寸偏。過濾每個樣品。
Sintered 80(C104CA6)是主力。它應付所有常見有機溶劑(Standard 80 在乙腈、DMSO、二氯甲烷失效)、給出良好的光學表現(633 nm 時 T 大於 80%),成本比頂級 Molded 83 等級低。對頂級工作——SLS 選項、GMP 方法驗證、最小顆粒——升到 Molded 83(C104CE29)。僅水性的例行,Standard 80(C104CS92)是預算選擇。
如果是四透明面就可以。四透明面比色皿對吸光度(透過兩個相對面透射)與 DLS / 螢光(透過垂直面的 90 度散射)都有效。標準雙透明面吸光度比色皿對 DLS 是錯的,但四透明面螢光式比色皿兩種用途都行。這就是為何多數 DLS 實驗室把四透明面標準化為他們的通用比色皿。
不做。Malvern DTS1070 折疊毛細管比色皿、Anton Paar Omega 比色皿與類似的 zeta 電位比色皿是帶整合電極與特定幾何的廠商專屬規格。我們不製造這種規格。Zeta 電位工作請向你儀器廠商採購比色皿。我們的標準四透明面比色皿只做 DLS 粒徑量測、不做 zeta 電位。
12. 免責聲明與註記
比色皿建議 本頁上的是針對典型 DLS 工作流程的一般指引。特定儀器廠商規格優先;下單前一律對著你儀器廠商的規格表驗證比色皿尺寸、幾何與材料相容性。
廠商專屬比色皿。 MachinedQuartz 製造裝得進每個主要儀器家族的標準 10 mm 四透明面熔融石英 DLS 比色皿。我們不製造廠商專屬毛細管比色皿(Malvern DTS1070 zeta 電位、Anton Paar Omega cell)、折疊比色皿或儀器專屬配件——那些規格請向儀器廠商採購。
商標聲明。 Malvern Zetasizer、Wyatt DynaPro、Anton Paar Litesizer、Brookhaven NanoBrook、Postnova、Stunner、NanoSight 是各自擁有者的商標。引用僅為相容性與方法脈絡。產品引用(DTS0012、DTS1070 等)是用於相容性識別的廠商料號。
樣品製備。 本頁上的過濾與清洗規程是一般指引。特定測定、生物製藥 SOP 與 GMP 驗證方法可能需要修改。樣品製備與比色皿操作請遵循你實驗室驗證過的 SOP。
資訊時效: 最後審閱 2026 年 5 月。儀器廠商規格與配件型錄可能改變。
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