当前位置:

首 页 > 技术文章 > 走出“高浓度”样本粒度检测的误区

技术支持Article

走出“高浓度”样本粒度检测的误区
发布时间: 点击次数:次

摘要:目的:探讨高浓度样本的粒度检测是否真正可行,探讨高浓度样本检测所需要关注的重点,以及如何避免误区。 方法:查阅国内外相关文献及进行实验验证。 结论:浓度过高会导致检测结果产生偏差,真正的高浓度检测应当建立在科学的统计学意义基础之上,并且尽量避开重合限。

 

关键词:高浓度、粒径检测、粒度检测、动态光散射(DLS)、单颗粒光学传感技术(SPOS)。

 

        粒度检测是一门严谨的科学,粒度检测应当建立在科学的统计学意义基础之上,并且尽量避开重合限。现行的粒度检测手段主要是激光粒度仪,激光粒度仪主要分为三类:1、激光衍射粒度仪(Laser diffraction,简称LD),利用光衍射的物理现象,使用米氏散射理论和夫琅禾费理论,通过数学模型计算得到粒度分布;2、动态光散射激光粒度仪(Dynamic light scattering,简称DLS),利用光散射的物理现象,使用斯托克斯爱因斯坦方程式(Stokes-Einstein 方程)计算得到粒度分布;3、单颗粒光学传感计数粒度仪(Single particle optical sizing,简称SPOS),利用光阻(light extinction,或称光消减)效应,得到粒子的数量和分布。

        本文试图对高浓度样本的检测误区进行分析,并试图找到解决方案。

 

1、粒度检测的两个关键点

        粒度检测主要关注的两个关键点为统计学意义和重合限。这两个关键点影响着检测结果是否可靠以及是否准确。因为粒度检测是一门严谨的科学,其呈现形式为累积分布数据。这就决定了只有足够量的大数据才能反映样本的整个体系,这就是统计学意义。利用光散射现象来检测粒度的激光粒度仪,都会碰到粒子重合造成的干扰问题,尽量避开粒子的重合现象,才是得到准确结果的正确思路。

 

1.1.统计学意义

        统计学意义是在数据样品较少的情况下,无法反映此样品是好还是坏,只有当数据量较多,能够反映样品的基本情况,从而判定数据是否可靠的一种方式。简单的说,在测量过程中,获得的数据越多,越能证明这个测试结果越具有可靠性和有效性。美国药典<USP729>对乳剂注射液的粒度分布做了明确规定,其中大乳粒的检测标准是0.05%,根据我们的经验,每次检测中一个样品至少需要统计到25万个粒子才能使结果可信,换句话说才具有统计学意义。下图1和图2来自ISO13322-1, 粒径分析,图像分析方法。

图1

图2

可以看到,如果得到一个相对误差5%的数据,在几何标准偏差(GSD)1.60下,所需要检测到的粒子数是60811个;如果相对误差是10%,在几何标准偏差(GSD)1.60下,所需要检测到的粒子数是15203个。这说明如果使结果可信,必须得到足够的数据量。

 

1.2.重合限

        重合限:顾名思义为颗粒的重合极限值,在此范围之内粒子几乎没有重合现象。样本中有很多颗粒,激光若照射到颗粒上会产生散射现象和光阻效应,当然哪种效应做主导是更具实际测试环境所决定的,比如颗粒大小。试想当两个颗粒紧靠在一起,他们产生的信号将无法区分,在仪器看来,这就是一个粒子。另外光散射会在不同的粒子之间传递,造成多重散射现象(Multiple light scattering,简称MLS,如图3所示)。在实际测试中要尽量避开上述干扰因素。

图3

        换言之,若测试浓度超过该检测仪器的重合限,测试结果将会产生偏差。在中国药典中,针对于单颗粒光学传感技术(SPOS),不溶性微粒检测要求的重合限是10000#/ml。

 

        图4解释了何为重合限,在测试浓度在10000#/mL之前,检测的结果与实际的样品浓度结果十分接近,甚至可以说检测的结果就可以代表真实结果,当超过重合限(10000#/mL)之后,检测结果并不会因为样品浓度的增长而增长,而是有一个下降的趋势,原因在于仪器将两个或多个粒子当成了一个粒子,从而造成数量减少。

图3.png图4

下表1是针对于动态光散射(DLS)所做的八组试验,该试验样品为DUKE—92nm标准粒子,测试仪器为PSS-Nicomp Z3000。我们改变其配置浓度,来监控其测试结果的变化。

 

表1——标准粒子不同浓度下测试结果比较

 

表1.png

 

        从表1可以看出,当稀释150倍时,所测得的平均粒径接近标称值。当增加或减少稀释倍数时,检测结果明显变大,远离标称值。从而可以认为该样品稀释150倍的浓度下多重光散射效应低。

图5

图6

     

图7

图8 

图5-8为相同样品不同浓度的检测结果,假设颗粒之间没有重合现象,如果加倍稀释的话,稀释后的样本粒子数量应该为稀释前的50%。图5为原样检测,它的浓度很高,超过了重合限。图6为稀释两倍后的检测结果,但是它的粒子数并没有根据稀释倍数的增大两倍而下降一半。图7为稀释四倍后的检测结果,这时检测到的粒子数在63000颗左右,而当稀释到八倍时,这时检测到的粒子数为33000颗左右,很明显是稀释四倍时检测到的粒子数的一半左右,此时的浓度在重合限之内。

 

2、结果与讨论

        浓度过高会导致检测结果产生偏差,真正的高浓度检测应当建立在科学的统计学意义基础之上,并且尽量避开重合限。但是在实际的工作、研究和学习中,不可能每个样本浓度正合适。这就要求我们自行去寻找合适的浓度,以此来保证我们的测试结果准确、真实、可信。在ISO-22412动态光散射中,也提及需要考察浓度。在乳剂检测标准中,无论是美国USP729还是中国的药典都对浓度做了特别规定。

        上海奥法美嘉科技有限公司作为美国PSS粒度仪公司在中国的代表,一直致力于传授粒度真知,在对高浓度样品的检测中,提倡进行科学有效的方法学开发及研究。而PSS粒度仪也开发上市了自动稀释模块和高性能的新一代传感器,来应对高浓度样本的检测。我们深信只有遵循严谨科学的态度以及求真求实的原则,方能促进技术的进步以及产品品质的提升。

 

电话:
86-21-50911766
手机:
18964500205

化工仪器网

推荐收藏该企业网站
扫一扫访问手机站扫一扫访问手机站
访问手机站