散射濁度儀與透射濁度儀的技術(shù)力比較詳解

如何區(qū)分散射比濁法和透射比濁法？

散射比濁法（nephelometry）和透射比濁法（turbidimetry）都可以用于測(cè)定溶液的渾濁程度。兩種技術(shù)都是基于懸浮固體顆粒引起的光散射原理，容易被混淆。

透射比濁法是測(cè)量由不溶性顆粒的散射效應(yīng)引起的通過(guò)樣品的光強(qiáng)度損失的過(guò)程。與吸光度類似，透射比濁法對(duì)透過(guò)樣品的光強(qiáng)度進(jìn)行量化，具體而言，測(cè)量光的衰減。在透射濁度儀中，已知波長(zhǎng)的光射入含有不溶性顆粒的溶液樣品，正對(duì)光源的檢測(cè)器收集通過(guò)樣品的光（圖1a）。

散射比濁法通過(guò)直接量化樣品中不溶性顆粒散射的光強(qiáng)度來(lái)確定溶液的濁度。通常，檢測(cè)散射光的方向與入射光源呈一定角度，以避免透射光的潛在干擾（圖1B）。

圖1：透射濁度檢測(cè)和散射濁度檢測(cè)原理的區(qū)別。
 

濁度通常以NTU（散射濁度單位）表示，濁度分析不僅在水質(zhì)檢測(cè)中發(fā)揮重要作用，對(duì)生命科學(xué)研究也是大有幫助，可用于檢測(cè)細(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng)情況，以及抗體或化合物沉淀等。

經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的散射濁度儀或透射濁度儀都可以用于測(cè)量NTU值。然而，使用透射濁度儀獲取數(shù)據(jù)較為耗時(shí)，且步驟較多，所需的樣品體積也比較大。

為此，我們使用NEPHELOstar®Plus提供一種更高通量、更簡(jiǎn)單、試劑體積更小的NTU采集方法。在本實(shí)驗(yàn)中，我們用NEPHELOstar Plus的RNU（相對(duì)散射濁度單位）與HACH®透射濁度儀的NTU結(jié)果進(jìn)行比較。

 

測(cè)定原理

如前所述，在散射比濁法中，通過(guò)樣品的光被其中的懸浮顆粒散射，測(cè)量前向散射光的強(qiáng)度，以得出溶液中懸浮顆粒的濃度。

NEPHELOstar Plus以直徑和強(qiáng)度可調(diào)的635 nm激光二極管作為光源。使用Ulbricht球體收集散射角度高達(dá)80度的光線（圖2）。

圖2：NEPHELOstar Plus檢測(cè)原理。如果樣品中幾乎沒(méi)有顆粒物，不會(huì)引起光散射，光不會(huì)到達(dá)檢測(cè)器，RNU較低。如果溶液中存在一定的顆粒物，檢測(cè)器可接收到散射光線，RNU讀數(shù)就會(huì)升高。

 

結(jié)果與討論

我們首先確定透射濁度計(jì)的檢出限（LOD），使用純水作為空白，并用一系列福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)液（0.063至100 NTU）重復(fù)測(cè)量。用該范圍內(nèi)的讀數(shù)生成線性標(biāo)準(zhǔn)曲線，r²為0.9999。計(jì)算出的透射濁度儀檢出限為0.119 NTU（圖3）。

圖3：用于計(jì)算檢測(cè)限的福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)曲線

 

接下來(lái)確定NEPHELOstar Plus的NTU LOD，同樣使用純水作為空白，并用福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)液重復(fù)測(cè)量（據(jù)HACH®濁度儀結(jié)果，NTU值范圍為0.057至97.912）。圖4顯示數(shù)據(jù)的線性擬合良好。

圖4：散射濁度與透射濁度數(shù)據(jù)的線性擬合。先后使用HACH 2100N與NEPHELOstar Plus讀取不同濃度的福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)液。

 

結(jié)果表明，超過(guò)90 NTU（r²=0.999）的線性擬合良好。通過(guò)些測(cè)量，可以對(duì)二者的性能、讀取時(shí)間和樣品體積進(jìn)行比較（見(jiàn)表1）。NEPHELOstar Plus在靈敏度方面略勝一籌，在其他指標(biāo)上具有較大優(yōu)勢(shì)。

 

_	LOD (NTU)	讀取時(shí)間	樣品體積
NEPHELOstar Plus	0.363	每孔2秒	200 µl
透射濁度儀	0.119	~1分鐘	~ 30 mL

表1：NEPHELOstar Plus vs. 透射濁度儀

 

最后探究的是NEPHELOstar Plus對(duì)于較高NTU的檢測(cè)范圍。我們?cè)俅卧u(píng)估福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)液在透射濁度計(jì)上的平均NTU值，并將這些結(jié)果與相同標(biāo)準(zhǔn)液在散射濁度儀上的讀數(shù)進(jìn)行比較（圖5）。

圖5：散射比濁法與透射濁度法的高NTU線性擬合。先后使用HACH 2100N與NEPHELOstar Plus讀取不同濃度的福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)液。由于缺乏線性相關(guān)性，去掉兩個(gè)NTU最高的標(biāo)準(zhǔn)液（779和971 NTU）讀數(shù)。

如圖3所示，線性關(guān)系（r²=0.995）至少保持到測(cè)量值為〜194 NTU的標(biāo)準(zhǔn)液。我們還評(píng)估了降低激光強(qiáng)度對(duì)線性相關(guān)性是否有影響，而并未發(fā)現(xiàn)正影響（數(shù)據(jù)未顯示）。

 

結(jié)論

01

NEPHELOstar Plus與透射濁度儀的靈敏度相近。

02

使用NEPHELOstar Plus，每個(gè)樣品的讀取時(shí)間少于2秒，而使用透射濁度儀，每個(gè)樣品的讀取時(shí)間超過(guò)1分鐘。

03

NEPHELOstar Plus所需的單個(gè)樣品體積為0.2ml，而透射濁度儀需要30ml。

 

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