近红外分散稳定性分析仪的应用概况*

近红外分散稳定性分析仪的应用概况*

摘要：本文阐明了Turbiscan的基本原理和分析方法，综述了其在农业、工业、食品、石油等方面的应用，以期为其在中药领域稳定性的应用研究提供依据。

关键词：分散稳定分析仪；稳定性；应用

近年来，国内外对Turbiscan lab近红外稳定分析仪的文献报道越来越多，人们对近红外稳定分析仪的研究也越来越重视。在实际生产生活中，由于一些食品、化妆品体系的复杂性，容易产生絮凝、沉淀、分相等现象，对产品的生产和消费存在一定影响。故在研发及生产过程中，研究他们体系的稳定性至关重要。然而采用传统方法观察产品稳定性和产品的研发所耗时间周期较长，提高了企业的时间成本。采用TLAB型分散稳定性分析仪分析，能高效分析软物质分散体系的沉淀、凝结、分层等现象。能在样品不稀释的条件下，对悬浮液、乳化液和泡沫等浓缩分散体系的失稳现象进行分析研究。目前，虽然国内外对近红外稳定分析仪的研究越来越多，但在其应用方面未见详细综合报道，故本文综述其在农业、工业、食品、石油等方面的应用，具有重要的理论和实践意义。

1仪器使用原理

Turbiscan lab是采用光散射和光透射原理，可以分析软物质的物理特征，如颗粒粒径大小变化，体积分数变化和物理稳定性的专用仪器；能在样品初期分析出不稳定现象发生的机理和速度，给出相厚度(沉淀层、浮油层或澄清层)随时间的变化曲线，颗粒的迁移速度(沉淀或絮凝)及颗粒平均粒径随时间的变化曲线；仪器采用脉冲近红外光源(λ=880 nm)、两个同步光学探测器分别探测透过样品的透射光和被样品反射的反射光，探测器从样品底部沿样品向上扫描，每40μm高度采集一次透射光和背散射光数据，从扫描曲线得出透射光和背散射光强随样品高度的变化关系，反映了乳状液内部的微观结构变化[1]。样品的物理稳定性用稳定性动力学指数(stability index，SI)表征，SI与体系稳定性呈负相关，即SI值越小，体系越稳定[2]。

2应用概况

2.1在乳状液(乳化剂、破乳剂、表面活性剂)中的应用概况在农业、食品、石油方面，利用近红外稳定仪研究乳化液的稳定性较多，重点在于乳化剂的选择与剂型的稳定性评价，可明显缩短产品的研发周期及成本，从而提高研究效率。

2.1.130%毒死蜱水乳剂水乳剂是通过输入能量和适当表面活性剂形成的一种O/W乳状液，是一种热力学不稳定体系，液滴有自动聚结的趋势，即使使用最适宜的乳化剂所得到的乳状液也只有相对较好的稳定性，为保证水乳剂在货架期内的外观和质量，关键是研究清楚水乳剂常温贮存稳定性机制[3]，利用TURBISCAN LAb稳定分析仪，结合油、水相密度差和粒径变化优选出使体系较为稳定的水乳剂；并为水乳剂的稳定性的快速判断和配方开发提供了一个有效的手段。

2.1.2植物蛋白饮料由于植物蛋白饮料体系的复杂性，容易产生絮凝、团聚、浮油等现象，故寻找快速、准确的稳定性判定方法对于缩短乳浊体系新产品开发及生产周期、降低研发成本具有重要的意义，利用TLAB型分散稳定性分析仪分析不同乳化稳定剂在红枣豆奶中的稳定效果，可准确快速地判断乳浊体系的稳定性，明显地缩短产品的研发周期及研发成本，为植物蛋白饮料的研发检测提供参考[4]。

2.1.3花生牛乳花生牛乳体系具有悬浮液和乳状液的双重特性，对于长货架期的谷物牛乳，稳定性是其货架期的最主要限制因素[5]。花生颗粒的粒径和其粉碎的粒度均会影响花生牛乳体系的稳定性，利用基于Turbiscan稳定分析仪得到的动力学参数(Stability Index，SI)来比较结冷胶对花生牛乳稳定效果，以期为花生牛乳的研究提供一定的理论依据，结果表明，结冷胶以及粒度较粗的花生浆更适合于花生牛乳的生产[6]。

2.1.4β-胡萝卜素乳状液β-胡萝卜素作为维护人体健康必不可少的营养素之一，能够预防和治疗某些疾病并能增强机体免疫力。将其制成乳状液能提高其在食品工业中的应用。然而，乳状液的粒径达到纳米级，使用激光粒度分析法、显微镜观察法、分光光度法都需对乳状液进行稀释，为了提高评价的准确性，使用Turbiscan分析仪能快速、准确评价β-胡萝卜素乳状液的稳定性，从而为乳状液的制备工艺优化节省时间[7]。

2.1.5纳米乳液油包水型β-胡萝卜素纳米乳剂是由高压均质制备的，使用Zetasizer和Turbiscan Lab分别分析乳化剂的影响因素(包括乳化剂的种类和浓度，均质压力，温度和周期上的属性)和纳米乳剂的稳定性。纳米乳剂粒径的大小随着均质压力和循环的升高而降低，并且还随着温度升高而降低，纳米乳剂的物理稳定性随着温度的升高而下降，但随着压力和均化周期的增加而增加；通过Turbiscan Lab稳定分析仪能够优选出乳化剂最佳的稳定条件[8]。

2.1.6重油乳化液通过使用Turbiscan Lab稳定性分析仪分析重油乳化液中油水分离和分散相液滴的絮凝或絮凝大小变化，能够很好的描述重油乳化液的破乳过程，比较前后加入破乳剂重油乳液的破乳过程的特性，表明，分散相的液滴的聚结是破乳的控制因素和关键步骤[9]。

2.1.7油田乳状液原油开采过程中形成的原油乳状液多为W/O型，采油废水中的乳状液多为O/W型[10]。为避免乳状液含水量过高引起运输管道和后续处理装置生锈、腐蚀，排放水中含油造成的环境污染和油的浪费，均需进行破乳，利用Turbiscan Lab®Expert稳定性分析仪研究化学破乳过程，揭示破乳过程中模型乳状液体系的絮集、聚并、沉淀、上浮、分相等现象，并定量分析上述现象发生的速率以及分散相液滴的粒径变化等；不仅有利于准确地进行破乳剂的筛选，也有助于对其破乳机理进行深入研究[11]。

2.2在悬浮液(分散剂、沉淀剂)中的应用概况悬浮液的稳定性在农业，工业，石油方面研究较多，重点在于分散剂性能的选择，从而优化产品的配方。

2.2.1农药WDGWDG是一种农药环保新剂型，它在水中易崩解，形成悬浮体系，便于农药的应用；评价WDG质量的重要指标是其在水相中的悬浮稳定性，其中分散剂对悬浮体系的稳定性起着非常重要的作用；利用稳定性分析仪，通过测量WDG悬浮液的透射光和反射光强度随时间的变化，其沉淀层厚度、颗粒沉降速率、悬浮体系颗粒粒径大小和粒径速率，研究农药WDG(水分散粒剂)悬浮液体系的稳定性，有利于分析体系的不稳定性产生的机理，可方便有效地筛选剂型配方中的助剂及优化农药WDG的配方[12]。

2.2.2杀虫剂25%吡蚜酮悬浮剂吡蚜酮是一种全新结构的吡啶杂环类杀虫剂，用于各类作物上的蚜虫、粉虱、叶蝉及各种其他飞虱的防治[13]。具有适用范围广、药效高、毒性低、选择性强，对天敌具有保护作用，对作物、环境及生态安全等特点，采用TURBISCAN LAB分析仪对吡蚜酮悬浮剂的分散稳定性进行分析，筛选复配润湿分散剂，解决吡蚜酮悬浮剂体系粘度问题，从而研制出合格的吡蚜酮悬浮剂[14]。

2.2.3水煤浆水煤浆是一种采用物理方法将煤液态化的新型燃料，是由一定粒度组成的煤、水(约7∶3)和少量分散剂制备而成的一种煤水悬浮液；其属于热力学不稳定体系，易产生固液分离，稳定性能差的水煤浆不能满足生产中对泵送和雾化性能的要求；采用Turbiscan lab浓缩体系分散稳定性分析仪研究水煤浆稳定性及浆体中煤颗粒沉降行为的影响，有助于揭示分散剂对水煤浆的稳定作用机理[15]。

2.2.4金纳米粒子通过导线电爆炸方法合成金纳米粒子，使用Turbiscan lab分析仪评价金纳米粒子悬浮液的稳定性。纳米粒子周围的液体介质会影响纳米粒子的特性，故通过改变液体介质的性质、选择合适的表面活性剂改变金纳米粒子的特性，以期达到理想的效果。此外，金纳米粒子在生物传感器、光化学与电化学催化、光电子器件等领域有着极其广阔的应用前景[16]。

2.2.5原油中沥青原油中沥青质的聚沉会导致石油生产、运输和加工过程中出现管线堵塞、储层损害等许多严重问题；为避免沥青沉积带来的严重问题，利用分散稳定性分析仪研究沥青质的聚集和沉降速度以及粒径变化规律，有助于分析原油不稳定性发生的机理，对认识沥青质在聚沉过程中的相互作用细节，揭示沥青质聚沉的微观机理，具有重要的理论和实践意义[17]。

2.3在泡沫液(发泡剂)中的应用概况研究泡沫液的稳定性主要在石油工业方面，重点在于发泡剂的选择，广泛用于低压、漏失及水敏性地层的钻井、完井、修井和油气井增产措施(如泡沫排水、负压冲砂等)[18]。

2.3.1泡沫水泥泡沫水泥是一种液-气-固三相流体，是一种超低密度水泥浆，具有密度低，顶替钻井液效率高，延展性好，对水敏地层的伤害小、减小环空气窜、防止固井漏失等优点，传统的评价方法不能准确评价泡沫的稳定性以及所混配的泡沫水泥浆的稳定性；而采用背散射光技术对泡沫水泥发泡剂的稳定性进行评价，针对不同流体对光线的透射率和背散射率随时间而变化，考察不同泡沫及泡沫粒径随时间的析水变化情况，对不同发泡剂进行稳定性评价，从而优选性能稳定的发泡剂[19]。

2.4在胶体溶液(胶溶剂)中的应用概况在工业、化妆品方面，TURBISCAN LAB稳定仪还可用于研究胶体溶液的稳定性，重点在于胶溶剂的选择，有利于剂型的稳定。

2.4.1拟薄水铝石溶胶拟薄水铝石是一类颗粒细小、结晶不完整、具有薄的褶皱片层的一种氢氧化铝，其含水态为触变性凝胶，具有比表面高、孔容大等特点，可用作生产催化剂载体、活性氧化铝的原料；广泛用作涂料添加剂、高档陶瓷、石油化工的高效催化剂、亚微米/纳米级研磨材料和抛光材料、化妆品填料和无机膜材料等，是一类具有广阔发展前途的新型材料[20]。利用TURBISCAN LAB稳定性分析仪研究拟薄水铝石溶胶的稳定性，考察酸胶溶剂类型、胶溶温度、固含量及胶溶时间对拟薄水铝石溶胶稳定性的影响，结果在一定程度上说明纳米级的拟薄水铝石溶胶分散体系在热力学上是不稳定体系[21]。

2.4.2脂质体醇质体是一种新型经皮给药载体，也是一种特殊的脂质体[22]。醇质体中添加了较高浓度的醇，形成渗透性和包封率更好的脂质囊泡，具有优良的稳定性和皮肤耐受性；使用Turbiscan光学分析仪评价含有亚油酸囊泡的药物载体(如双层膜流化剂的模型)的稳定性，结果表明Turbiscan光学分析仪可用于研究胶体制剂的稳定性，即使在变形试剂的存在下进行[23]。

3应用展望

液体的不稳定现象如沉淀、乳化、凝结、分层会随着颗粒粒径大小和浓度变化。而近红外稳定分析仪因其简洁、准确、高效的优点，能通过测量样品反射光和透射光随时间的变化表征不透明、浓缩体系如乳化液、悬浮液、泡沫液的稳定性。Turbiscan lab成为了目前评价液体稳定性最好的仪器之一，且应用广泛，所需样品量少、无需预处理，对样品的破坏少，不需稀释即可测量，从而为新产品的开发研究节省时间，为企业提高研究效率。根据其在原油沥青中的应用，在沥青质的基础上，研究包衣液的粒子沉降聚集速度以及粒径变化规律，认识在聚沉过程中包衣液的相互作用细节，揭示粒子聚沉的微观机理，以期解决包衣液沉积导致包衣过程中喷枪喷嘴堵塞的问题。此外，由于中药成分的复杂，不利于了解中药失稳的原因，故可用于评价中药浸膏及其提取液的稳定性，特别是含挥发油的中药口服液与中药微乳的稳定性，有助于为剂型开发提供理论依据。随着近红外稳定分析仪使用的增加，相信Turbiscan lab稳定分析仪的研究及应用必将得到更大的发展。

参考文献

[1]杭锋，艾连中，郭本恒，等.多重光散射技术在乳体系稳定性分析中应用[J].中国乳品工业，2012，40(10)：36-41.

[2]杭锋，任璐，孟令洁，等.谷物牛乳稳定性研究[J].食品工业科技，2011，(1)：75-77，80.

[3]刘迎，魏方林，魏晓林，等.水乳剂常温贮存稳定性研究[J].宁波农业科技，2010，(3)：2-5.

[4]钟秀娟，张多敏，周雪松，等.红枣豆奶稳定性分析[J].食品科技，2011，36(2)：86-89.

[5]杭志奇，许景松，韩清波，等.基于反射物理模型的稳定分析仪(Turbiscan)技术研究胶体对花生牛乳稳定性影响[J].食品科学，2010，31(21)：110-113.

[6]孟令洁，杭锋，任璐，等.花生牛乳稳定性研究[J].安徽农业科学，2010，38(6)：3 143-3 145，3 151.

[7]孙术国，高彦祥，麻成金，等.Turbiscan分析仪快速评价β-胡萝卜素乳状液的稳定性[J].食品科学，2008，29(10)：93-96.

[8]Yuan Yuan，Yanxiang Gao，Jian Zhao，et al.Characterization and stability evaluation ofb-carotene nanoemulsions prepared by high pressure homogenization under various emulsifying conditions[J].Food Res Int.2008，41： 61-68.

[9]Wanli Kang，Liming Guo，Haiming Fan，et al.Flocculation，coalescence and migration of dispersed phase droplets and oil-water separation in heavy oil emulsion[J].J Petrol Sci Eng.2012，81：177-181.

[10]于德水.水包油乳状液的反相破乳剂选择与制备[J].油气田地面工程，2008(7)：31-33.

[11]黄翔峰，程航，陆丽君，等.利用稳定性分析仪研究化学破乳过程[J].化工进展，2010，29(5)：825-830.

[12]张强，陈颖，付文静，等.TURBISCAN LAB稳定性分析仪研究农药WDG悬浮液稳定性[J].光谱学与光谱分析，2008，28(4)：843-846.

[13]马新刚，范金勇，张秀珍.吡蚜酮合成方法简述[J].山东农药信息，2009(4)：26-27.

[14]卢忠利，张宗俭，刘宁，等.25%吡蚜酮悬浮剂的研制及其稳定性分析[J].广东农业科学，2012(21)：101-103.

[15]李朋伟，杨东杰，楼宏铭，等.利用分散稳定性分析仪研究水煤浆的稳定性[J].燃料化学学报，2008，36(5)：524-529.

[16]LH.Bac，JS.Kim，JC.Kim.SIZE，OPTICAL AND STABILITY PROPERTIES OF GOLD NANOPARTICLES SYNTHESIZED BY ELECTRICAL EXPLOSION OF WIRE IN DIFFERENT AQUEOUS MEDIA[J].REV ADV MATER SCI，2011，28(2)117-121.

[17]苏俊霖，马中亮，任茂，等.应用光学原理研究原油沥青的聚沉过程[J].西南石油大学学报(自然科学版)，2012，34(4)：153-157.

[18]胡世强，刘建仪，王新裕，等.高温高压下泡沫稳定性和PV性能的研究[J].天然气工业，2007(6)：106-108.

[19]刘伟.利用背散射光技术评价水泥发泡剂的稳定性[J].科技创新导报，2013，(9)：66-67.

[20]申明乐，陈海玲.拟薄水铝石的生产与应用[J].南阳理工学院学报，2009，1(4)：67-70.

[21]张金凤，刘宇键，田辉平.采用TURBISCAN LAB稳定性分析仪研究拟薄水铝石溶胶稳定性[J].石油炼制与化工，2011，42(1)：28-32.

[22]李理宇，王洪权.新型经皮给药载体——醇质体的研究进展[J].中国新药杂志，2010(1)：33-38.

[23]Christian Celia，Elena Trapasso，Donato Cosco，et al.Turbiscan Lab Expert analysis of the stability of ethosomes And ultradeformable liposomes containing a bilayer fluidizing agent[J].Colloid Surface B.2009，72(1)：155-160.

Application Status of Turbiscan Lab

HU Li-xia，ZHU Wei-feng，LI Rong-miao，ZHANG Wen-xiu

KeyLabofModernPreparationofTraditionalChineseMedicine，MinistryofEducation，JiangxiUniversityofTCM，Nanchang330004，China.

Abstract:In order to offer some basis in application of Turbiscan to stability study in Chinese medicine， the principle of Turbiscan is expounded，moreover， its application advances in agriculture， industry， food， and oil are summarized.

Key words:Dispersion-stability Analyser; Stability;Application

收稿日期：(2014-09-25)编辑：王河宝

中图分类号：R944.9

文献标识码：B

基金项目：*江西省学科学术和技术带头人培养技术专项(20123BCB22007)。

通信作者：★胡丽霞朱卫丰*朱卫丰(1969—)，女，博士，教授。研究方向：中药外用制剂。Tel：0791-87118614，E-mail：zwf0322@126.com。李荣苗张文秀(江西中医药大学现代中药制剂教育部重点实验室南昌 330004)