同一批纳米颗粒，为何DLS和电镜会给出不同粒径：测量对象、权重与样品状态怎样对齐

同一批银纳米颗粒，DLS给出约106纳米，TEM却只有约75纳米。实验人员看到三十多纳米的差距，容易把结论写成“样品团聚”或“仪器失准”。这种判断跳过了最关键的一步：两台仪器测到的并不是同一个粒径定义。

粒径不是脱离方法的单一真值。它可以是液体中扩散对应的水动力等效直径，也可以是干燥颗粒投影面积换算出的等效圆直径。数值是否可比，要看样品状态、权重方式、平均规则和不确定性。

粒径先要带上测量对象

OECD Test No. 125把粒径称为依赖方法的测量量。散射、沉降、电迁移和显微成像依据不同物理信号，最后都可能用“纳米”报告结果。单位相同，不代表测量对象相同。

指南还列出四个会改变结果的环节：样品制备、分析方法、分布权重和平均方式。比较两张报告时，方法名称只是起点。液体或干态、数量或强度、均值或中位数也要同时出现。

等效直径中的“等效”很重要。非球形颗粒没有一个方向都相同的直径，仪器会把扩散、面积或其他信号换算成假想球体的直径。这个数字适合在定义固定时比较，不等于颗粒所有方向的真实尺寸。

DLS看的是液体中的扩散

DLS用激光照射稀释分散液，记录散射光强随时间的波动。颗粒的布朗运动会改变这些波动，仪器由此求出扩散系数，再用Stokes-Einstein关系换算水动力等效直径。

这个直径不只包含无机或聚合物核心。OECD说明，它还可能包含表面双电层、分散剂、蛋白质或其他附着分子。介质的黏度、温度、pH、离子强度和浓度都会改变扩散或表面层，因此必须和结果同行。

DLS的原始分布以散射强度加权。指南指出，在适用的Rayleigh范围内，散射强度随颗粒半径六次方增加。少量大颗粒、灰尘或团聚体可能盖过大量小颗粒的信号，让强度平均值明显向大尺寸移动。

这并不表示DLS一定会“测大”。浓度过高会造成多重散射，可能得到更小的表观直径和更高的多分散指数。吸收、折射率差、气泡和沉降也会改变信号。结果必须放回具体实验条件解释。

OECD不建议轻易把强度分布转换成数量分布。只有在很理想的球形与窄分布条件下，换算假设才较受控。宽分布或多峰样品经过数学转换后，不确定性会被显著放大。

电镜看的是沉积后的二维投影

TEM让电子穿过薄样品，SEM主要收集表面产生的电子信号。两者形成的都是颗粒二维投影。图像分析会圈出颗粒边界，再由投影面积计算等效圆直径，并按被计数的颗粒形成数量分布。

样品通常要滴加到网格或基底、洗去液体并干燥。原来悬浮在溶液中的颗粒，已经离开介质和水合层。干燥过程还可能引起靠拢、重叠或选择性沉积，因此制样不能从报告中省略。

图像数量也会改变可信度。OECD建议，窄分布至少统计约300颗，宽分布至少统计700颗，真正需要的数量还取决于误差与置信区间。只挑一张“好看”的图，无法代表整瓶样品的粒径分布。

分辨率和排除规则同样重要。像素尺寸必须匹配目标粒径，重叠颗粒、边缘颗粒和背景伪影怎样处理也要公开。若颗粒边界无法辨认，图像不应继续进入自动统计。

NIST参考材料给出一个受控反例

NIST RM 8017是PVP包覆银纳米颗粒参考材料。报告中的同一材料经TEM测得74.6±3.8纳米，经DLS测得105.6±4.6纳米。两个区间都是相应方法下的参考值，并带约95%的不确定区间。

数值不同不是NIST把其中一台仪器判错。TEM测量的是干燥沉积样品的数量加权等效直径。DLS测量的是稀释液体中的强度加权水动力直径，包含银核心和PVP表面层。

这组结果构成一个清楚的受控比较：同一材料、严谨协议和重复测量，仍然可以得到七十多纳米与一百多纳米。差距来自测量量、样品状态和权重不同，不能套用成所有材料的固定换算比例。

NIST还为两种方法保留了不同的取样链。TEM从多个瓶中取样，在多个区域拍摄，排除重叠和边缘颗粒后统计超过一万六千颗。DLS则记录稀释比例、温度、黏度、平衡时间和每个子样的重复测量。

差值什么时候才支持团聚假设

DLS不能区分单颗粒、团聚体和聚集体，所以较大结果可以提示样品中存在大尺寸结构。提示不是证明。表面包覆、水合层、介质条件和强度权重也能让DLS高于电镜。

更有力的团聚证据来自多条相互独立的变化。固定介质和浓度后，DLS粒径随时间持续增加；多分散指数同步上升；目视出现沉降；电镜中无法分开的颗粒比例也提高。几条证据指向同一机制，结论才更稳。

反例也应保留。PVP包覆颗粒在液体中带有表面层，即使没有新增团聚，水动力直径也可能大于干态核心。片状或棒状颗粒又无法被一个球形直径完整描述，方向和模型会带来额外差异。

样品批次不同更不能混比。若DLS用刚配好的分散液，TEM来自储存数周的另一瓶样品，差值同时包含时间和批次。方法差异、材料变化与制样差异已经无法拆开。

制样时间是测量的一部分

NIST规定，RM 8017复溶后24小时内分析，报告中的参考值才有效。材料在特定储存条件下可能更久保持稳定，但这不等于参考值能脱离规定时间直接使用。

参考材料的混匀也不是通用配方。NIST要求轻柔摇动，不得超声，因为超声可能改变这批特定材料。另一种粉体可能需要受控超声才能分散。方法必须针对材料验证，不能从一份证书复制到所有样品。

OECD要求测试报告写明批次、表面改性、形貌、介质、过滤、浓度、稀释、分散过程，以及制备到测量的时间。若使用超声，还要记录设备、校准功率、能量、振幅和脉冲时间。

这些字段不是繁琐附录。它们决定液体中测到的是初级颗粒、可逆团聚体还是随时间变化的混合状态，也决定另一实验室能否重做测量。

把两个结果放进同一张证据卡

样品栏记录化学组成、表面包覆、批次和储存时间。状态栏区分原始粉体、分散液与干燥沉积样品，并写明制备到测量的间隔。

DLS栏写介质、pH、离子强度、温度、黏度、浓度、散射角、重复次数、PDI和报告的是强度分布还是转换分布。若有沉降或灰尘处理，也要保留规则。

电镜栏写TEM或SEM、基底、干燥方式、像素尺寸、视野选择、计数颗粒数和排除重叠颗粒的方法。结果要注明等效圆直径、Feret直径或其他定义，不能只写“粒径”。

比较栏把平均值与不确定区间一起展示。若两种方法的对象和权重不同，写成互补结果，不做简单合并。若同一方法在协议固定后仍超出重复性范围，再调查样品变化、校准或操作偏差。

结论停在定义能够支持的位置

DLS从扩散得到液体中的强度加权水动力等效直径，电镜从干态二维投影得到数量加权几何尺寸。两者回答不同问题，差值并不自动构成矛盾。

OECD的方法边界与NIST参考材料共同说明，测量对象、介质、表面层、权重和制样时间都能改变粒径。单次DLS大于TEM，只能提出团聚、包覆或样品状态差异等假设。

把样品状态、介质、浓度、时间、等效直径定义、统计权重、重复次数和不确定性放在一起，才能判断结果是否可比。记录可以缩小解释范围，却不能把某一方法宣布为天然更准确，也不能从两个平均数还原完整分布。

用受控重复排除三类误判

可以把同一分散液均匀分成三组。第一组在固定温度和浓度下立即做DLS，第二组在同样条件下延迟测量，第三组按既定方法制成电镜样品。每组保留多个独立子样，不把仪器自动重复当作重新取样。

若延迟组的DLS粒径、PDI与沉降状态同时变化，时间稳定性值得调查。若DLS稳定而电镜的重叠比例随制样方式改变，差异更可能来自沉积和干燥。若参考材料也偏离自身方法的不确定区间，才把校准或操作偏差列为主要方向。

这组三路对照仍不能给出唯一机制，却能把介质变化、制样效应和仪器状态分开。每个判断都要保留原始相关函数、图像视野和排除规则，避免只用导出的平均值替代证据。

资料来源

• OECD：《Test No. 125: Nanomaterial Particle Size and Size Distribution of Nanomaterials》，发布或更新于 2023-07-04
• NIST：《Report of Investigation: Reference Material 8017》，发布或更新于 2015-02-04