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。

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

散射比濁法通過直接量化樣品中不溶性顆粒散射的光強(qiáng)度來確定溶液的濁度。通常，檢測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：透射濁度檢測和散射濁度檢測原理的區(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)檢測中發(fā)揮重要作用，對生命科學(xué)研究也是大有幫助，可用于檢測細(xì)菌細(xì)胞生長情況，以及抗體或化合物沉淀等。

經(jīng)過校準(zhǔn)的散射濁度儀或透射濁度儀都可以用于測量NTU值。然而，使用透射濁度儀獲取數(shù)據(jù)較為耗時，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、更簡單、試劑體積更小的NTU采集方法。在本實驗中，我們用NEPHELOstar Plus的RNU（相對散射濁度單位）與HACH®透射濁度儀的NTU結(jié)果進(jìn)行比較。

 

測定原理

如前所述，在散射比濁法中，通過樣品的光被其中的懸浮顆粒散射，測量前向散射光的強(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檢測原理。如果樣品中幾乎沒有顆粒物，不會引起光散射，光不會到達(dá)檢測器，RNU較低。如果溶液中存在一定的顆粒物，檢測器可接收到散射光線，RNU讀數(shù)就會升高。

 

結(jié)果與討論

我們首先確定透射濁度計的檢出限（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。計算出的透射濁度儀檢出限為0.119 NTU（圖3）。

圖3：用于計算檢測限的福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)曲線

 

接下來確定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90 NTU（r²=0.999）的線性擬合良好。通過些測量，可以對二者的性能、讀取時間和樣品體積進(jìn)行比較（見表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。

 

_	LOD (NTU)	讀取時間	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對于較高NTU的檢測范圍。我們再次評估福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)液在透射濁度計上的平均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）至少保持到測量值為〜194 NTU的標(biāo)準(zhǔn)液。我們還評估了降低激光強(qiáng)度對線性相關(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，每個樣品的讀取時間少于2秒，而使用透射濁度儀，每個樣品的讀取時間超過1分鐘。

03

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

 

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