【正文】 粘度低則液體在流動(dòng)時(shí)克服的阻力小，粒子分散性好；粘度高則粒子由于橋聯(lián)形成微弱的網(wǎng)狀結(jié)合，液體的流動(dòng)在質(zhì)點(diǎn)附近受到干擾，這。直接檢測(cè)粒徑隨時(shí)間的變化規(guī)律，如果粒徑隨時(shí)間變化越小，則分散穩(wěn)定性越好。 ξ 電位法：分散體系中 ξ 電位的絕對(duì)值越大，則體系分散性越好，體系越穩(wěn)定。 86 納米粒子的分散性和分散穩(wěn)定性檢測(cè)技術(shù) 納米粒子的分散性指納米粒子在干態(tài)或濕態(tài)下相互間分隔、均勻散開的性能；分散穩(wěn)定性指分散體系的性質(zhì)（分散相濃度、顆粒大小、粘度、密度）在一定程度的不變性，評(píng)判方法如下。 Fowkes 應(yīng)用表面能色散力分量概念對(duì)固體表面能作了進(jìn)一步測(cè)算 [40]，忽略固氣界面上的吸附作用，則：LGdLGdSG????2/1)(21c os ??? ，上標(biāo) d 表示 London 力所產(chǎn)生的分子間相互作用。 將 GoodGirifalco 理論關(guān)系 [38]應(yīng)用于固液界面可以得到： 2/1)(2 LGSGLGSGSL ????? ???? ，式中Φ —— 來自分子大小和分子間相互作用的校正系數(shù)，可由兩相的偶極矩、極化率、電離勢(shì)計(jì)算出來 [39]。如果用透過高度法得到粒子的等效毛細(xì)半徑 r，又知道液 體的表面張力和粘度，則可從斜率 s 算出接觸角 )2(cos 1r s??? ?? ?。當(dāng)固體粒子柱的等效半徑 r 很小，透過高度也很小時(shí)，等號(hào)右邊第一項(xiàng)可以忽略不計(jì)，上式變?yōu)椋? ?? 2cos2 rdtdh ??，積分得： ? ?? 2cos2 rth ??，此式叫做 Washburn 方程。將此關(guān)系應(yīng)用于液體在粒子柱中上升的速度問題則得：hrgrdtdh ? ???? 8 c os282 ??? ?？蓾櫇穹垠w的液體在粉體柱中上升可看作液體在毛細(xì)管中的流動(dòng)。即用一已知表面張力（ 0? ）、密度（ 0? ）和對(duì)所研究粉體粒子接觸角為 0 的液體，測(cè)定其透過 高度 h0，算出粉體粒子柱的等效半徑 r，然后再用同樣的粉體粒子柱測(cè)定其它液體的透過高度，以所得到的等效毛細(xì)半徑值來計(jì)算各液體對(duì)該固體粒子的接觸角，公式為：000cos hh????? ? 。式中 ? —— 液體的密度； g—— 重力加速度； r—— 粉體粒子柱的等效毛細(xì)管半徑。 （ 1）透過高度法測(cè)接觸角 [36] 將固體粒子以固定操作方法裝填在具有孔性管底的樣品玻管中，此管的底部可防止 粒子漏失，但允許液體自由通過。由于毛細(xì)作用取決于液體的表面張力和對(duì)固體的接觸角，故測(cè)定已知表面張力液體在粉體柱中的透過性可以得到該液體對(duì)粒子的接觸角。 測(cè)定液體對(duì)固體粒子的接觸角時(shí)常使用透過法。平衡接觸角與三個(gè)界面自由能之間有如下關(guān)系：????? c o sLGeSLSG ??? ，式中 SG? —— 固體的表面能； SL? —— 固液界面能； e? —— 固體表面吸附層的表面壓（液體膜壓），對(duì)于低能固體表面 0?e? ； LG? —— 液體的表面張力（表面能）。所形成液滴的形狀可用接觸角來描述。從原理上看，這是目前適用于納米粒子表面自由能檢測(cè)的最簡(jiǎn)便方法。這種方法實(shí)際上假設(shè)固態(tài)和液態(tài)的表面性質(zhì)相近，顯然不夠合理；②溶解熱法： 固體粒子溶解時(shí)表面消失，表面能以熱量形式釋出，測(cè)定同一物質(zhì)不同比表面時(shí)的溶解熱，由其差值可估算表面能。 粒子表面自由能檢測(cè)技術(shù) 粒子細(xì)化后表面積增加，其表面自由能（簡(jiǎn)稱自由能）也會(huì)大大增加。當(dāng)分子吸收一定能量的電磁輻射，就由較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)，其能級(jí)差就是所吸收的輻射能量。 當(dāng)納米粒子表面成分中含有機(jī)化合物時(shí)，其成分鑒別常用紅外光譜、紫外光譜、質(zhì)譜等波譜分析方法。能夠改換激發(fā)源的原因是：用 X 射線激發(fā)原子，內(nèi)層電子激發(fā)出光電子后，外層電子向內(nèi)層躍遷釋放能量，使核外另一電子激發(fā)成自由電子，這就是俄歇電子。kE 可用 ESCA 測(cè)出，且各種原子、分子的軌道電子結(jié)合能是一定的，所以可從上式計(jì)算的 Eb 值來鑒別各種原子或分子，包括表面成分的元素組成、含量、價(jià)態(tài)，結(jié)合深度刻蝕技術(shù)，可研究納米粒子表面層的組成、價(jià)態(tài)、厚度等。? （≈ 4eV）。kE —— 光電子能量； 39。39。 X 射線光電子能譜（ Xray Power Spectroscopy， XPS）又稱為電子能譜化學(xué)分析（ Electron Spectroscopy for Chemical Analysis， ESCA），其檢測(cè)原理是： X 射線作用于樣品表面而激發(fā)出光電子（根據(jù)能量不同，各軌道的電子都有可能激發(fā)成光電子），將被激發(fā)出的光電子按其能量（結(jié)合能或動(dòng)能）進(jìn)行全掃描，就得到 X 射線光電子能譜。這些出射粒子攜帶著有關(guān)表面信息離開表面而被相應(yīng)探測(cè)器所接收，因此得到各種相應(yīng)的圖譜。究其原因，是由于粒子表面組分或結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，有可能某種成份會(huì)在表面富集起來，或晶 83 體中原子的周期性排列在表面突然中斷，于是在表面 出現(xiàn)了所謂重構(gòu)和弛豫現(xiàn)象，或表面原子的電子結(jié)構(gòu)不同于體內(nèi)原子的電子結(jié)構(gòu)。 另外，通過 ξ 電位檢測(cè)，還可通過粒子的移動(dòng)方向與電場(chǎng)的方向來判斷粒子所帶電荷的電性，這一點(diǎn)對(duì)研究納米粒子的分散性很重要。 Smoluchowski 近似：????v， 100?ka 。ckel 近似：???32?v， 1?ka 。 特別地，當(dāng) 1?ka 時(shí)， 1)( ?kaf ； 100?ka 時(shí)， 23)( ?kaf 。ckel 參數(shù)，其倒數(shù)κ 1 為雙電層厚度；式中 F—— 法拉第常數(shù)， 96485C； R—— 氣體常數(shù)； T—— 絕對(duì)溫度 （ K） ； I—— 離子強(qiáng)度（ M）； i c —— i 離子濃度；iZ —— i 離子價(jià)數(shù)。 ξ 電位的檢測(cè)實(shí)際上就是先測(cè)出粒子在外加電場(chǎng)中的平均遷移率 sV ，由此計(jì)算出電泳率 v（ EVs? ），再根據(jù)公式 ?? 221iiZcI，RTIF?? 2022?， ),(32 ???? kafv ?，算出 ξ 電位值。如果施加一定電 82 場(chǎng)力，可使帶電粒子向極性相反的電極遷移，稱為電泳。顆粒帶著其固定層運(yùn)動(dòng)，故它運(yùn)動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)的是ξ電位，各顆粒都帶同號(hào)的動(dòng)電位。顆粒表面所吸附的水分子膜 與緊密層離子的水化分子又構(gòu)成了固定層，固定層以外的范圍稱為可動(dòng)層，固定層與可動(dòng)層的界面稱為切動(dòng)面。在緊密層以外的范圍內(nèi)，溶液中的正負(fù)離子由于其與顆粒間的靜電斥力和熱運(yùn)動(dòng)這兩種相反作用抗衡的結(jié)果，呈現(xiàn)出一定的位置分布，這個(gè)范圍稱作擴(kuò)散層。 因粒子表面帶電，所以通過靜電庫侖力和其它引力將一些反號(hào)的離子緊密吸附，構(gòu)成緊密層。 納米粒子表面電性能（ ξ 電位）檢測(cè)技術(shù) [33, 34] 所有納米粒子在液體介質(zhì)中都是帶有電荷的。雖然由計(jì)算僅得到試樣的粒度值（平均粒徑）而不知其粒度分布，但由于 BET 法的高解析度，該值定量精確、重復(fù)性好、可靠性高，所以目前是定量表征納米粒徑的權(quán)威方法。 通過比表面積儀測(cè)得納米粒子的比表面積后，即可求得其比表面積球當(dāng)量徑wBET Sd ????1000（ nm）。標(biāo)準(zhǔn)的（也是應(yīng)用性最廣、最精確的）測(cè)定方法是氣體的低溫吸附法，即將已知分子尺寸的低溫氣體凝結(jié)（吸附）在試樣顆粒表面，測(cè)量氣體吸附量來計(jì)算粒子的比表面積?？梢妰烧叩臋z測(cè)原理是不相同的，所檢測(cè)的數(shù)據(jù)其內(nèi)涵也就不同，請(qǐng)讀者注意不要混淆。 X 射線廣角衍射寬化法是一種檢測(cè)晶粒度與晶格畸變的方法，其原理是： 如果試樣晶粒小于 μ m 或存在晶格畸變，則會(huì)引起 X 射線衍射峰寬化。 （ 4）標(biāo)準(zhǔn)樣品 這類樣品應(yīng)當(dāng)形狀規(guī)則、性能穩(wěn)定，如二氧化硅溶膠、聚苯乙烯球、蒸發(fā)冷凝法制取的鎳粉等。膠體濃度要與密集度的要求一致，必要時(shí)可加入表面活性劑或用超聲波振蕩使膠粒均勻分散。廣角衍射所采用的粉末制樣方法，一般不適用于小角散射。 （ 1）粉末樣品 根據(jù) P 值和 t’的要求，將一定量粉末分散于一定濃度的火棉膠丙酮溶液中，經(jīng)攪拌和超聲波振蕩成均勻懸濁液，置烘箱內(nèi)干燥成片狀，也可將粉末分散于石臘中。=1/e 為樣品的最佳厚度，它可以通過計(jì)算求得，亦可以將樣品置于接受狹縫前，當(dāng)入射光束衰減至原來的 1/e 時(shí)，就可確定為最佳厚度。通常，如果樣品沿厚度方向均勻，散射強(qiáng)度與 tte?? 成正比， e 為樣品的線吸收系數(shù)，t 為其厚度。 只有粒度小于 100nm 的粒子用此法檢測(cè)才有意義，如果儀器條件好（功率大于 10kW），上限可至 150nm。檢測(cè)時(shí)，如果顆粒分散好、且粒 子具有相同形狀、大?。ǚ駝t下列公式需修正），則 222334ln ??? RaI ?? 為一直線，式中 I—— 衍射強(qiáng)度， a——常數(shù)， R—— 顆粒的重心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的回轉(zhuǎn)半徑，λ —— 波長，ε —— 衍射角（ rad），由此可得： 80 ??? ，式中? —— 2ln ??I 直線的斜率。因此，這類體系的合成散射，一般呈從中心向外迅速衰減的連續(xù)花樣，僅在某種特定條件下才給出衍射環(huán)或取向花樣，但這些環(huán)是不能夠用布喇格公式來詮釋的。超細(xì)顆粒系所涉及的范圍更廣，如有機(jī)大分子溶液、各種溶膠、超細(xì)和納米粉末以及各種材料和制品中形成的超微空穴、位錯(cuò)、析出相等，它們同周圍介質(zhì)的電子密度都會(huì)在不同程度上存在著差異，和前一類散射基元不同， 它們?cè)诳臻g的分布處于隨機(jī)狀態(tài)，且同一體系中散射體的尺寸、形狀不同，因此它們的散射既不同于晶體和無定形體，也不同于液體和氣體。 圖 39 納米粒子的掃描電鏡像（ ） X 射線小角散射 [2830] 1．原理 X 射線小角散射是發(fā)生在原光束附近從零到幾度范圍內(nèi)的相干散射現(xiàn)象。可看到，納米粒子大小均勻、呈松散粘結(jié)，團(tuán)聚成直徑約 13μ m 左右的多孔球體。 因此，將掃描電鏡（ SEM）用于納米醫(yī)藥領(lǐng)域不存在困難。如果將樣品室移至高激發(fā)物鏡內(nèi)，即成 InIens 型 FEG SEM，它因大舉縮短工作距離，并將二次電子以外的干擾幾乎全部去除，所以能大幅提高分辨率，在 30kV 下可達(dá) ，在 1kV 下亦可達(dá)到 ，這已快接近 TEM 的圖像分辨率了。 掃描電鏡 [26, 27] 掃描電鏡（ SEM）是材料顯微形貌觀察方面最主要、使用最廣泛的分析儀器，它具有視野寬、景深長、儀器操作方便、試樣制備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。 值得一提的是，場(chǎng)發(fā)射顯微鏡（ FEM）、場(chǎng)離子顯微鏡（ FIM）、原子探針 場(chǎng)離子顯微鏡（ APFIM）的探測(cè)原理同掃描探針顯微技術(shù)（ SPM） 相似，都運(yùn)用了電子隧道效應(yīng)，但本質(zhì)上仍有所不同。 樣品的濃度不能太大，過大會(huì)形成較厚的堆積層 ； 為使樣品能在基底表面呈均一分散狀態(tài)，可在溶液中加入少量能減少表面張力的溶劑 。 目前 ， 對(duì)于 STM 圖像的解釋尚沒有完整的理論 。 一般 生物 樣品不是剛性結(jié)構(gòu) ， 具有不同程度的柔軟性 。 高定向石墨（ HOPG）是 STM 在研究生物分子時(shí)常用的基底 ， 在新剝離的 HOPG 表面存在某些類似于 DNA 和其它生物體 系的特性 ， 因此 ，能否盡快找到合適的基底材料 ， 或建立一種行之有效的、能區(qū)分生物分子與基底特征的實(shí)驗(yàn)方法 ， 是影響 STM 在生物 醫(yī)藥 領(lǐng)域 中應(yīng)用的關(guān)鍵 ；② 樣品的導(dǎo)電性 。 2． STM 在 生物醫(yī)藥領(lǐng)域 中 的 應(yīng)用 [1625] STM 可改變觀測(cè)范圍 ， 為研究各種不同層次的 生 物樣品 結(jié)構(gòu)提供了可能 ， 目前 STM 的掃描范圍可從數(shù)納米到 100μm， 對(duì)應(yīng)于 原子、分子、超分子、亞細(xì)胞乃至細(xì)胞水平的不同層次 ，已在 生命科學(xué)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)拍攝并解析了 核酸 、 蛋白質(zhì) （包括 氨基酸 和 多肽 、 膠原蛋白、細(xì)胞骨架蛋白、 HPI 蛋白 、 蛋白聚集體 、 分散蛋白質(zhì) 等）、生物膜（ 二磷脂酰膽堿 DMPC 膜 、 卵磷脂雙層膜 、TE671 細(xì)胞膜 ）的 STM 圖像。而 利用 其它 衍射手段都不 能 對(duì)樣品實(shí)空間直接觀察 ， 而是從得到的間接信息中反推樣品結(jié)構(gòu) 。 在 STM 出現(xiàn)以前 ， 沒有一種顯微技術(shù)在橫向 和 縱向都能達(dá)到原子級(jí)分辨率 。通過記錄掃描過程中針尖位移的變化（恒電流工作模式）或隧道電流的變化（恒高度工作模式），即可得到樣品表面三維顯微形貌圖。根據(jù)量子力學(xué)理論，由于金屬中的自由電子具有波動(dòng)性，電子波向表面?zhèn)鞑?，在遇到邊界時(shí)，一部分被反射，另一部分則可透過過界，從而形成金屬表面上的電子云。 1986 年 STM 的發(fā)明者 獲得了 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 。 1982 年 ， Bining 和 Rohrer 等發(fā)明了 掃描隧道顯微鏡 （ Scanning Tunneling Microscope， STM）。它們所具有的共同特點(diǎn)是均有一個(gè)很細(xì)的針尖，在工作狀態(tài)下，針尖與樣品之間產(chǎn)生高度局域化的場(chǎng)，如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、力場(chǎng)等，該局 域場(chǎng)可以用作探針以觀察原子和分子，獲取樣品表面納米尺度的形貌和電學(xué)信息。薄膜在電鏡觀察時(shí)不應(yīng)顯示自身結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)固、耐高溫、能經(jīng)得住電子的轟擊，還必須盡可能的薄，使得電子透過時(shí)不被明顯的吸收，不降低其空間分辨率，其厚度通常為 15nm~20nm。 樣品載網(wǎng)可以用銅、鈦、鎳、鉬、鋁、鉑、金或尼龍制成。 （ 3）樣品的支持物 無論是哪 種方法制備的樣品，在對(duì)其分析的時(shí)候，都必須放在某種支持物上，才能放入電鏡中進(jìn)行分析。 冰凍含水樣品由于水分保持在樣品內(nèi)，能盡可能好地保持其原始狀態(tài)。 超薄切片的圖像分辨率較好，所得的圖象反差大，定量分析也較容易，但其中的水分較厚樣品中難以很好地保持。樣品切片后，要用特制的工具將其轉(zhuǎn)移到裝有冷凍操作臺(tái)的電鏡中進(jìn)行分析。冰凍方法、樣品塊和刀的溫度、切割速度、刀的角度和鋒利程度、冰凍干燥的效率等都會(huì)影響切片的質(zhì)量。 冰凍超薄切片技術(shù)：是將樣品