CPS 圆盘离心法测量粒径的原理基于差示沉降法（Differential Sedimentation Method），结合斯托克斯定律（Stokes’ Law），通过颗粒在离心力场中的沉降行为计算粒径。
以CPS DC24000 UHR仪器为例：CPS圆盘离心式纳米颗粒粒度分析仪基于差示沉淀法对颗粒粒度进行测量和分析。如下图所示，样品被注入到高速旋转的液体中，然后在离心力的作用下，样品被快速沉降（采用空心圆盘设计，颗粒以薄带形式开始沉降，不同粒径颗粒因沉降速度差异在不同时间到达检测器，形成分离的谱带），由检测器记录不同颗粒的沉降时间，在结合基于斯托克斯定律，通过颗粒在离心力场中的沉降速度计算粒径）。由于液体为具有多层密度差的梯度液，可将同时沉降的所有粒子做更精细的排列分层沉降。再利于405 nm激光光源及检测器，来检测小至纳米级的粒子，这样达到纳米至微米级粒径分布分析的检测，并获得高精确度及高解析度的分析结果。总得来说，圆盘离心法通过离心力强化沉降差异 + 光检测实时追踪 + 斯托克斯定律建模的组合，实现了纳米至微米级颗粒的高精度粒径分布分析，尤其在亚 100 nm 颗粒测量和复杂样品分离中具有独特优势。
空心圆盘离心结构设计【仪器采用空心圆盘（Hollow Disc）设计，内部填充梯度液体（Gradient Liquid）。样品通过注射点注入后，所有颗粒以薄带形式在离心力作用下开始沉降】—单一粒径颗粒：若颗粒粒径均一，会以相同速度沉降，形成单一窄带并在同一时间到达检测器，通过到达时间计算粒径。多分散颗粒：粒径分布较宽的样品在沉降过程中分离为宽谱带；若存在多种窄分布粒径，会分离为独立窄带，各窄带按粒径大小依次到达检测器，形成不同的信号峰
检测与粒径计算：①光检测系统：圆盘侧面设置光源（Light Source）和检测器（Detector），通过检测光强变化记录颗粒通过光束的时间和强度；②粒径反推：根据颗粒从起始位置到检测器的沉降时间、离心转速、流体密度等参数，结合斯托克斯定律计算颗粒粒径。
关键功能指标：①粒度测量范围：0.005-75μm （可以测量的实际尺寸范围取决于被测量的颗粒与进行分析的流体密度之间的密度差） ；最小峰值宽度：峰值直径的1.5% 到2% ；重复性： 0.5% ；精度：±0.25%；②溶剂安全圆盘：能够可使用各种有机或者无机液体做为分散液；③配有低密度圆盘扩展，能够测量密度低于分散液的纳米颗粒；③宽动态范围圆盘：能够测量动态范围（也即一次测量中能够测量的最大和最小颗粒的粒径比值）高达1000的纳米颗粒；④样品用量极低：最低可检测的样品量为10-8克, 即0.01微克 ，可分析微克级微量样品；④分辨率：可分辨的粒径峰的粒径最小相差为3%混合样品，如 0.366 µm 与 0.343 µm 颗粒（差异 6.5%）几乎完全分离
原理与关键技术1. 离心力强化沉降差异【沉降动力学基础：斯托克斯定律】
，V为颗粒沉降速度，ρp 为颗粒密度，ρf为流体密度，离心加速度a=ω2R代替重力加速度g），d 为颗粒直径，η 为流体动力黏度。由此公式可知，颗粒沉降速度与粒径平方、密度差成正比（即使粒径差异仅百分之几，也会因沉降速度不同而在不同时间到达检测器），与流体黏度成反比，离心加速度替代重力场，通过检测光强变化记录颗粒通过光束的时间和强度，再结合斯托克斯公式，通过沉降时间反推颗粒粒径。
2. 密度梯度液构建【防止 “流态化沉降”】
在离心圆盘内构建连续的密度梯度液体层，将样品颗粒的 “团块流态化沉降” 转化为独立颗粒的斯托克斯沉降，是 CPS 圆盘离心法实现高精度粒径分析的核心技术，其稳定性依赖于梯度液的合理选择、动态维护及样品浓度控制，确保颗粒按粒径有序分离并被检测器精准捕获
2.1 流态化沉降的形成：当悬浮颗粒的浓度较高或颗粒与流体的密度差较大时，颗粒群会形成一个整体，其表观密度显著高于周围流体。此时，颗粒群不再遵循斯托克斯定律独立沉降（颗粒团块的沉降速度与粒径无关，仅取决于团块的整体密度，导致无法通过沉降时间反推粒径分布。颗粒流态化沉降常出现在：①颗粒与流体的密度差过大，且未使用密度梯度；②样品浓度过高（固含量 > 0.5%）；
2.2 密度梯度液防止流态化沉降机制：当圆盘内液体密度从中心向边缘连续递增（即径向密度梯度δR/δρ≥0）时，样品颗粒注入后会处于密度逐渐升高的环境中，确保了不同粒径的颗粒因 D2的差异而沉降速度不同，从而按粒径分离。若没有密度梯度液，ρf均匀，颗粒群的ρp-ρf 过大，导致沉降速率趋同，形成团块沉降。通过密度梯度液迫使颗粒按斯托克斯定律独立沉降，避免流态化。
2.3 密度梯度液构建与维持：梯度液制备：以蔗糖水溶液为例，通过不同浓度（如 8%~24% 重量比）的蔗糖溶液逐层注入旋转圆盘，形成从表面到边缘密度递增的梯度。梯度维持：在梯度液表面覆盖一层不溶于水的油（如十二烷），减少水分蒸发导致的表面密度升高，避免梯度破坏。
2.4 密度梯度液分辨率与梯度陡度的关系：梯度越陡（密度变化率越大），对小粒径差异颗粒的分离能力越强，但过高陡度可能导致流体不稳定。窄分布样品需更陡的梯度，以抑制颗粒聚集；宽分布样品可使用较平缓梯度，平衡分离效率与稳定性。
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