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粒子分析技術-奈米

2022年07月電子報

　　自九十年代初以來，奈米材料在許多科學領域得到了廣泛的研究，促進了各種具有特殊功能的奈米系統的不斷發展。如今，我們見證了各種工程奈米粒子 (NPs) 在多數工業部門和商業產品類別中的成功應用，無論是電子產品、化學品還是藥品。奈米技術和相應產業的發展，為分析科學帶來了新的挑戰。這包括對不同來源的奈米顆粒和其他奈米材料的超靈敏檢測，包括食品、生物或環境等複雜的樣本。然而，關於多種奈米材料對環境和人類健康的危害報導，削弱了最初對相應技術前景的熱情。

 

　　奈米毒性的確切機制並不完全理解，許多科學家以此為主題繼續探討。目前NPs其特徵尺寸、形狀或表面特性，引起的非特異性毒性得到確認。因此，為確保奈米材料的安全使用，必須付出更多努力。這包括開發和選擇適當的方法檢測，和鑑定人類會接觸到不同樣品（食品、化妝品等）中的NP；分析環境中的奈米材料洩漏和分析醫學樣品以評估人類可能吸收的NP。而存在於介質(如：血液)中的 NP 通常被強烈稀釋，因此需要極其靈敏的方法，能夠在單粒子水平上選擇性地檢測 NP，並提供有關 NP 濃度及其性質的數據。再則，也可使用分離和預濃縮方法提高樣品中的顆粒濃度。這些方法已經很好地建立，並應用於奈米材料。

 

　　根據奈米材料的狀態和濃度，可能適用非常不同的分析技術。奈米材料通常以粉末或懸浮液兩種形式生產、供應和消費。通常，粉末代表顆粒形式的物質。奈米粉末在很大程度上（在許多情況下幾乎完全）僅由奈米材料組成。相反，奈米顆粒懸浮液通常含有微量的NP。顯然，如果 NPs 牢固地固定在固體結構中，可以在特定粘度的液體介質中自由移動，或者分散在氣態環境中，則測量方法會有所不同。分析NPs有光學與非光學方法。在許多情況下，相同的技術可以應用於液態或固態，或者NPs可以從固相轉移到液相並進行研究，也可以組合幾種檢測方式，得到可靠的分析數據。簡介幾個方法供大家參考。

 

參考文獻：Analytica Chimica Acta Volume 1204, 29 April 2022, 339633

 

奈米粒子的主要分析技術

 

◉ 分析方法簡介：動態光散射法(DLS)

其技術是利用雷射光照射到含有待測粒子的溶液中，使造成待測粒子產生散射光，利用相關函數 (Correlation Function) 處理因粒子布朗運動 (Brownian Motion) 造成的散射光強度變化，此運動與粒子的大小具有相關性，可進一步求出待測粒子之擴散係數 (Diffusion Coefficient)；最後再依據 Stokes-Einstein 公式計算得出其水合直徑 (hydrodynamic diameter)。

 

 

◉ 分析方法簡介：電氣泳動光散射法(雷射都卜勒法/界達電位)

對溶液中的粒子施加電場，帶有電荷的粒子會產生電氣泳動，藉由觀測此電氣泳動速度，求得界達電位與電氣泳動移動度。電氣泳動光散射法，是用光照射電氣泳動的粒子，根據所得到散射光的都卜勒轉換量，求電氣泳動速度。因此，也被稱作雷射都卜勒法。

 

◉ 分析方法簡介：電子顯微鏡Aquarius液態粒子影像分析

傳統SEM是以電子反射的方式，來觀察奈米尺寸的影像，掃描式電子顯微鏡可以看到材料的表面奈米形貌，分析粒子大小、粒徑分布、形貌、分散狀態等功能。樣品必須乾燥化，對於一些樣品易產生團聚現象而失真。

現可利用奈米薄膜技術在SEM真空環境下創造大氣腔體，達到保存液態樣本原始狀態之目的。搭配分析軟體，快速分析實驗數據，如: 粒徑分佈、分散/團聚、濃度、形狀、成分組成…等數值。

 

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