应用案例

绕地球一周需要多少黄金？

发表时间：2024-12-17

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摘要：纳米金颗粒的应用很广泛，比如医药领域。其平均粒径和分布对于确定它们在特定应用中的性能至关重要。虽然透射电子显微镜（TEM）能够显示纳米粒子的形状，但它无法给出具有统计意义的平均粒径及其分布。动态光散射（DLS）是一种理想的测量粒径分布的技术，本文展示了DLS的实验结果，并探讨了不同加权方式下分布的差异。

引言

为了回答标题的问题，我们选择了直径为5nm的纳米金颗粒，并假设它是单分散的（事实上，本文的一个目的就是探讨单分散性的含义）。地球的平均周长为40,000公里，即4 x 10¹⁶纳米，所以我们需要8 x 10¹⁵个直径为5nm的金颗粒。这么多金颗粒的总体积约为5 x 10^-4立方厘米，金的密度是19.3克/立方厘米，因此仅需要大约9.6毫克的金！当然，我们的主要目标是验证纳米金颗粒的大小是否准确，并确定其分布是否为单一粒径。

实验方法

选用购自nanoComposix Inc 的NanoXact 5nm纳米金颗粒，浓度为0.05mg/mL，使用鞣酸作为表面活性剂。样品说明书显示样品为单分散，CV值8-15%，平均粒径5.0±2 nm。制造商提供的透射电子显微镜（TEM）图片见图1。

图 1：nanoComposix Inc. 5nm金纳米颗粒TEM图片

动态光散射（DLS）测量使用布鲁克海文公司NanoBrook Omni进行，仪器配备了额定功率40mW、波长为640nm的半导体激光器。样品池选用50μL的 BI-SM50，测量十次，结果见表1。

表 1：使用NanoBrook Omni测量nanoComposix 5nm金颗粒的结果

表1显示DLS测得的平均水合直径为 (10.28 ± 1.9%) nm，且重复性非常好。然而，粒子的标称尺寸为5nm，这是否意味着所有粒子都形成了双聚体？我们注意到样品的多分散指数（PDI）远大于0，这表明样品有一定的分布宽度，因此使用最小二乘法（NNLS）进行了多峰拟合。结果显示样品为双峰分布，其中约25%的散射光来自 (5.18 ± 1.9%) nm的粒子，该粒径与预期结果非常一致；而约75%的散射光则来自 (14.5 ± 4.1%) nm的粒子，这个粒径值约为预期尺寸的三倍。当把加权方式从光强加权转换为数量加权后，有趣的事情发生了--所有结果为单峰且峰值平均值为 (4.96 ± 1.8%) nm，完全符合预期！

那么，加权方式是如何转换的呢？

布鲁克海文仪器公司为用户提供的ParticleSolution软件可“一键”解决：只需选中需要处理的数据，然后选择多峰模型，就可以自由切换光强加权和数量加权下的粒径分布图（如图2），且提供详细的原始分布数据。

图2：表1中第9次测试结果的光强加权和数量加权分布图

总结

透射电子显微镜（TEM）这种图像分析对于确定颗粒形状是可行的，但不适合通过统计分析得到粒径分布。动态光散射（DLS）可以观测到散射体积中千千万万个颗粒，避免了单颗粒计数方法中存在的统计问题。此外，即使是相对较少的多聚体粒子（如该纳米金颗粒样品中的三聚体），在强度加权的粒径分布中也能明显体现出来；但由于数量很少，数量加权结果显示的5nm单峰分布与预期结果完全吻合。

那么，问题又来了，围绕地球一周需要多少黄金呢？

期待你的留言。

原文链接：

https://www.brookhaveninstruments.com/how-many-au-nanoparticles-does-it-take-to-circle-the-earth/