淀粉粒度分布测定 - 中析研究所生物检测中心

淀粉粒度分布测定技术详解

一、核心测定原理：激光衍射（静态光散射）

理论基础： 依据淀粉颗粒在激光束中产生的散射光角度分布与颗粒尺寸的定量关系（米氏散射理论或夫琅禾费近似）。
测量过程：
1. 分散良好的淀粉颗粒悬浮液通过激光束。
2. 探测器阵列测量不同角度上的散射光强度分布。
3. 仪器内置算法基于光学模型（需输入颗粒与分散介质的折射率）将散射光强分布反演计算为颗粒群的体积粒径分布。

二、关键操作步骤详解

样品制备（成败关键）：
- 分散介质选择： 常用无水乙醇或一定浓度的乙醇-水溶液（如70%-90%乙醇），能有效抑制淀粉颗粒在水中易发生的溶胀与团聚。特殊改性淀粉需优化介质。
- 分散剂： 必要时加入微量表面活性剂（如0.1% SDS溶液），降低表面能，改善分散。
- 分散方法：
  - 称取适量淀粉样品（通常10-50mg，具体依仪器要求调整浓度）。
  - 加入足量分散介质（确保遮光度合适）。
  - 轻柔搅拌： 初步混匀，避免剧烈搅拌产生气泡或破碎颗粒。
  - 超声处理： 使用超声波清洗槽（功率、时间需优化，如40kHz, 100W下处理15-60秒）。目的： 解聚软团聚体，不破坏原生颗粒。关键： 严格控制超声参数，过度超声会导致颗粒破碎。
  - 静置消泡： 超声后短暂静置消除气泡。
仪器设置与校准：
- 背景测量： 使用纯净分散介质进行背景扣除，消除环境光及介质本身散射影响。
- 光学参数设定（至关重要）：
  - 淀粉颗粒折射率： 通常取1.52（实部），吸收（虚部）常设为0.1。
  - 分散介质折射率： 水 ≈1.33，无水乙醇 ≈1.36（需根据实际温度查表确认）。
- 遮光度控制： 测量时样品遮光度（Obscuration）一般控制在仪器推荐范围内（常为8%-15%）。遮光度过高易发生多重散射，过低则信噪比差。
- 搅拌/循环速度： 开启适度搅拌或循环，保持颗粒均匀悬浮，避免沉降，速度以不引入气泡或剪切破碎颗粒为度。
- 测量时长： 足够长以确保数据稳定（通常仪器自动判断）。
测量执行：
- 将制备好的悬浮液转移至样品池。
- 启动测量程序，仪器自动采集散射光信号并进行计算。
数据处理与报告：
- 结果呈现： 仪器软件输出体积粒径分布曲线及特征粒径值。
- 关键特征粒径：
  - D10： 累积分布达到10%的粒径值，代表小颗粒端。
  - D50（中值粒径）： 累积分布达到50%的粒径值，是分布的中心趋势指标。
  - D90： 累积分布达到90%的粒径值，代表大颗粒端。
- 分布宽度： （D90 - D10）/D50 或 Span值 = (D90 - D10)/D50，反映分布的宽窄。
- 报告内容： 明确样品名称、处理方法、分散介质、测量条件（折射率设定值）、特征粒径值（D10, D50, D90等）、分布曲线图。

三、方法特点与适用范围

优点：
- 测量范围宽（通常0.1 - 2000 µm，覆盖常见淀粉颗粒）。
- 速度快（单次测量通常<1分钟）。
- 重现性高（RSD通常<3%）。
- 提供体积分布（对大颗粒更敏感，与实际应用性能关联更强）。
局限性：
- 对折射率参数敏感，设定错误导致结果偏差。
- 假设颗粒为球形，对针状或片状颗粒尺寸可能表征为等效球径。
- 对于极细颗粒（<0.5 µm）或存在强团聚时，准确性下降。
适用性： 广泛适用于天然淀粉（马铃薯、玉米、木薯、小麦、大米等）及物理改性淀粉（预糊化淀粉等）的粒度分析。对于化学改性淀粉，需验证其在分散介质中的稳定性。