在药物制剂、涂料、化妆品、食品加工及先进材料制备等行业中，粉体材料通常需要被分散于液体介质中制成特定配方以满足使用需求，但由于超细粉体具有极大的比表面积和较高的比表面能，且体系中存在各种分子团和带电颗粒，其自身或同外部成分容易发生持续的物理或化学变化，如分散相的团聚、凝絮、聚并、奥氏熟化、粒子迁移、沉淀、上浮等现象，直接影响到最终产品的性能和质量。因此，在配置过程中，表征粉体颗粒在液相中的分散状态是粉体浆料产品质量控制的一个关键环节。

通常，粉体颗粒在液相中的分散状态表征主要是表征其分散性和稳定性。以往测量颗粒在液相中的分散状态主要是借助重力沉降、电镜表征、粒径表征的方法实现，不仅无法实现量化测量，且需要长时间的沉降过程才能表征其分散稳定性，因此为了提高产品研发和生产效率，亟需寻找快速、准确的分散稳定性表征方法。以下本文将重点介绍时域核磁共振法、多重光散射法和Zeta电位法等较为先进的颗粒分散稳定性表征技术。

一、多重光散射法

多重光散射是将一束光摄入液体样品中，样品中的悬浮颗粒会使进入样品的光发生多次散射（偏离入射方向而向四面八方散射），这种现象称为多重光散射。当样品中颗粒浓度较低时，经过多个粒子 散射后仍能通过样品池的光，则称为透射光；而经过多个粒子散射后无法透过样品池，被颗粒反射的散射光称之为背散射光。

利用基于多重光散射原理的稳定性分析设备时，通过测量探头在样品池垂直方向，0-55mm的范围内上下移动，对样品整体进行扫描，每间隔一定范围，收集一次透射光和背散射光的数据，得到的图形可以表征样品浓度和粒度的均匀性。之后再通过增加对样品扫描的次数，重复扫描，并叠加测量的数据，可以得到一张产品随时间不稳定变化的信息图谱，最终可根据图谱分析产品絮凝、聚并、上浮、沉淀、相分离等等多种不稳定行为。

示例：图中横坐标为样品扫描高度，纵坐标为散射光强度，右侧时间刻度对应于每一次扫描的时间推移，第一次扫描为蓝色，最后一次扫描为红色。根据分析，蓝色线条随着扫描高度变化起伏并不明显，即散射光强度变化不大，证明样品最初分散状态较好；然而，随着时间的增加，样品底部（图谱左侧）光散射信号强度越来越大，样品顶部（图谱右侧）光散射信号越来越小，说明随着时间的推移，颗粒发生了沉淀现象，逐渐沉积于底部，而在顶部形成了澄清层，表面样品分散稳定性不佳。（案例来源：大昌华嘉科学仪器部）

由于该方法为非侵入式检测方式，无需施加剪切和离心力，避免了对样品造成干扰，同时该方法还解决了一般的光散射技术仅适用于低浓度悬浊液的弊端，具有宽泛的样品浓度范围，对于低浓度样品可采用透射光路进行分析，而针对高浓度和高浊度样品则可采用背散射光进行分析，在不稀释状态下可以原位测量样品的粒径变化过程和不稳定现象。此外，该技术能够在极短时间内分析粒子迁移现象，因此相比传统方式能够更快速、准确的表征样品的分散性和稳定性。

二、时域核磁共振法

颗粒分散悬浮液中的溶剂可分为两种状态，一种吸附在颗粒表面，运动性较差，弛豫时间T2（物质从非稳态到稳态的时间）短；另一种远离颗粒表面，呈自由态，运动性较好，弛豫时间T2长。当颗粒界面与溶剂的亲和力越强，结合越紧密时，颗粒表面吸附的溶剂分子就越多，因此样品的整体弛豫时间就越短。

来源：Rubin.时域核磁共振

时域核磁共振法（又称低场核磁共振技术）对氢元素有优秀的捕捉能力，因此该技术以水分子（或其他溶剂）为探针，可以区分出颗粒与溶剂的固液界面间那一层薄薄的表面溶剂分子，当颗粒分散性发生变化时，可以灵敏、快速地检测颗粒表面的溶剂分子发生的相应的变化，最终通过对比分析溶剂分子的整体弛豫时间变化以及T2弛豫时间，就可原位实时检测悬浮液体系的分散性及稳定性。

示例：图中为三个样品的弛豫谱（横坐标为弛豫时间，纵坐标为信号幅度），由图可见，上述样品中都至少存在三个谱峰，其中右侧幅度最大的称为主峰，为颗粒外表面溶剂和悬浮液自由溶剂一起产生的信号；而左侧的侧峰则为少部分颗粒包裹的溶剂产生的信号，这部分溶剂中束缚溶剂的比例较高，因此弛豫时间更短。图中#213的主峰弛豫时间最短且更接近于左侧侧峰，表明颗粒吸附的溶剂更多，固液之间的亲和性更好，分散性和稳定性也更好。而#212和#211弛豫时间较大，主峰离侧峰较远，说明分散性和稳定性较差。（案例来源： 人和科仪）

与多重光散射法一样，时域核磁共振法也无须制样，无破坏性，可实现原位分析，且分析速度极快。此外，由于其对水分子有极高的灵敏性，以水分子为探针，不受样品颜色、状态、浓度等因素的影响，检测结果具有极高的准确性。

二、ZETA电位法

溶液中的悬浮胶体颗粒一般会在表面携带一定量电荷，这些颗粒表面带有的电荷会影响溶液内离子分布的变化，进而引起电势的变化。根据Stern双电层理论，当带电粒子处于一个含有离子的溶液中时，带电粒子表面会吸附相反电荷，形成扩散双电层，其中接近粒子表面的相反离子被牢固吸附，构成吸附层；而远离的相反离子则松散结合，构成扩散层。当带电粒子运动时，扩散层中有一部分粒子随颗粒一起做布朗运动，一部分则分散在溶液中，不随颗粒运动，将扩散层中动与不动的界面称为滑移面，而所谓Zeta电位即为该滑移面的电位。

带负电悬浮粒子的双电层结构

在溶液中，两个相互接近的颗粒之间除了存在上述双电层由于带有相同电荷存在的互斥力，也存在范德瓦尔互吸力。当粒子的Zeta电位绝对值很高，即带有很多负的或正的电荷，颗粒间的互斥力也很高，可以使得分散体系达到稳定分散的状态，相反，当粒子的Zeta电位绝对值很低时，颗粒所带的正或负电荷很少，范德瓦尔互吸力能够克服颗粒间的互斥力，使得颗粒可以轻易结合，从而达到整个体系的不稳定性。

液相体系中颗粒间作用力

相比其他表征方法，Zeta电位是样品稳定性比较直观的一个参数，无需复杂的分析过程，对于纳米材料的应用体系具有非常重要的指导意义，一般来说，当Zeta电位超过30 mV，样品体系在热力学理论上是稳定性较好的。但由于分散体系的稳定性还受范德华吸引力、位阻效应等其他因素的影响，因此Zeta电位高于某一阈值并不总是意味着绝对的稳定性。

小结

多重光散射技术、时域核磁共振技术、Zeta电位法均能够实现样品分散稳定性的快速表征，有利于缩短产品配方的开发周期，快速实现对产品质量的检测，但由于技术上的差异，上述技术均具有自己的独特性，其中多重光散射可根据图谱分析产品絮凝、聚并、上浮、沉淀、相分离等等多种不稳定行为。时域核磁共振法由于对水分子有极高的灵敏性，测量结果不受样品颜色、状态、浓度等因素的影响，具有极高的准确性。而Zeta电位法则无需复杂的分析过程就能直观地评价样品的分散状态。在具体分析过程中，可根据表征需求选择合适的表征技术。

参考文献：

1、检测小天地.《一文读懂丨稳定性测试仪（多重光散射仪）》

2、时域核磁共振.《抛光液分散性、稳定性、沉降过程原位评价-低场核磁弛豫技术》

3、纽迈分析.《前沿应用|低场核磁共振技术在食品饮料稳定性评价中的应用》

4、大昌华嘉科学仪器部.《快速可靠的沉淀研究方法-Turbiscan多重光散射仪》

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