背景：

粒度分布（PSD）在制藥、食品和飲料、化妝品和材料科學等行業(yè)中起著至關重要的作用。雖然有各種技術(shù)可用于確定顆粒粒徑及其分布，然而大多數(shù)技術(shù)都需要樣品有個前處理環(huán)節(jié)（如稀釋、泵送或添加外部應力……），這可能會影響樣品自然狀態(tài)下的粒徑的結(jié)果。為了強調(diào)對更多方法表征的興趣和對自然放置狀態(tài)下樣品進行顆粒研究的重要性，使用TURBISCAN研究了在不同鹽濃度下對TiO2的粒度分布（PSD）的影響。   

TURBISCAN技術(shù)基于靜態(tài)多重光散射（SMLS），包括向樣品發(fā)送光源，以獲取樣品在原始狀態(tài)下的整個高度的背散射和透射信號。通過以適當?shù)念l率重復此測量，該儀器能夠在不稀釋的情況下監(jiān)測樣品的物理穩(wěn)定性。

圖1. 從TURBISCAN數(shù)據(jù)到Turbisize的PSD

制備了兩種分別為0.1%和1% wt/v的二氧化鈦（TiO2 AEROXIDE® P25，來自Evonik）水溶液，并測量了不同濃度的氯化鈉（NaCl）鹽濃度對粒徑的影響。兩種不同濃度的TiO2分散水溶液+不同NaCl濃度（0%、0.1%、0.3%、0.5%和1% wt/v）。

每個懸浮液都按照以下方案進行分散：

1.分散2分鐘，使溶液均勻。

2.隨后使用超聲波水浴再混合5分鐘

3.最后，使用超聲波探頭再進行10分鐘的超聲波分散處理。

然后用TURBISCAN直接測量樣品。

懸浮液TiO2 1%和0.1%wt/v NaCl的測量結(jié)果示例見（圖2）。透射光（T%-譜圖上半部分）和背散射光（BS%-譜圖下半部分）變化表示為隨時間（6小時）變化的樣品高度（單位：mm）的函數(shù)。

圖2. TiO2 1%和0.1% wt/v NaCl懸浮液的沉降曲線

圖形的左半部分表示樣品的底部，右半部分表示樣品的頂部。時間刻度上的顏色漸變對應于每次掃描時間流逝，初時刻掃描為藍色，末時刻掃描為紅色。

根據(jù)圖表，確定了以下不穩(wěn)定因素：

1.    在樣品底部（區(qū)域1）——背散射——圖表的左側(cè)——背散射信號隨時間增加，顆粒逐漸沉積并局部改變懸浮液濃度，沉淀層隨著時間的推移而逐漸形成。

2. 
   

2.    在樣品頂部（區(qū)域3）-圖表的右側(cè)-TRANSMISSION（透射光）-透射信號的強度隨高度增加，懸浮液變得不那么濃稠。對于不同的NaCl和TiO2濃度，發(fā)現(xiàn)了類似的沉降曲線。根據(jù)顆粒遷移情況，計算了基于體積的粒度分布。圖3顯示了不含NaCl的1% wt/v TiO2懸浮液的粒度分布。粒度分布測定顯示單峰分布，粒徑為135 nm。

圖3. 水中TiO2 1% wt/v的體積粒度分布

而下圖的圖4則顯示了在不同NaCl濃度下1% TiO2 wt/v的PSD計算。通過添加鹽來增加介電離子強度，會減少TiO2顆粒之間的排斥電荷，導致其聚集，從而形成更大的顆粒，發(fā)現(xiàn)：

圖4. 不同NaCl濃度下TiO2 1%wt/v的粒度分布

1. 平均粒徑從135納米變化到2.5µm；

2. 粒徑分布PSD的形狀由單峰分布和高斯分布演變?yōu)槎喾宸植技胺峙洹?/p>

對樣品TiO2進行了同樣的分析，其濃度為0.1% wt/v，比之前的測試濃度低10倍，且也在NaCl濃度不同的情況下測試PSD。每種配方的粒度分布如圖5所示。

圖5. 不同NaCl濃度下0.1% wt/v TiO2懸浮液的粒度分布

比較圖5中1% wt/v TiO2懸浮液和圖4中0.1% wt/v TiO2懸浮液的分散結(jié)果：

1. 沒有NaCl鹽時，TiO2濃度對平均粒徑的影響較?。?.1% TiO2時為150 nm，1% TiO2時為135 nm）。但是，它會影響分布的形狀，在更稀釋的分散體中，0.1µm處會觀察到一個小肩峰。

2. 
   

2.正如在1%濃度下的TiO2中觀察到的那樣，添加NaCl會導致粒徑增大（從150nm到1µm）且粒徑分布變寬。然而，在1%的鹽濃度下，鹽濃度的影響僅限于較低的鹽濃度，而在0.1%的TiO2中，0.1%的NaCl就足以“飽和”TiO2表面并導致強烈的聚集。根據(jù)這項研究可知，鹽對平均粒徑和粒度分布的影響在很大程度上取決于TiO2的濃度。

 結(jié)論

上述實驗結(jié)果研究表明，不同濃度的 TiO2會對粒徑產(chǎn)生影響。TiO2稀釋到0.1% wt/v濃度時，看不到不同鹽添加量的影響。而TURBISCAN無需稀釋，且采用非破壞性方法，因此對于測量最終產(chǎn)品的代表性粒度分布（PSD）具有重要意義。TURBISIZE也可以用于與其他技術(shù)獲得的結(jié)果進行關聯(lián)和比較。

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