Las partículas dispersan la luz: este es un hecho fundamental y algo que todos apreciamos cada día; por ejemplo, podemos ver que el cielo es azul. Esto se debe a que las partículas atmosféricas poseen una dispersión de luz azul mayor que la dispersión de luz roja. La razón por la que el acabado de una superficie puede ser brillante o mate se debe a las partículas en la superficie.
Se puede medir el ángulo de dispersión de luz, la frecuencia de la dispersión de luz y la intensidad de dicha dispersión para determinar el tamaño, la carga y el peso molecular de los materiales. Este es el núcleo de muchas de nuestras tecnologías.
Técnicas de dispersión de luz.
Para la difracción laser y la difracción de rayos X, difracción de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) y difracción de rayos X de ángulo amplio (WAXS), aprovechamos el principio de que las partículas de diferentes tamaños tienen una única firma de dispersión de luz; por lo tanto, si medimos la dispersión de luz de forma exacta a través de una amplia gama de ángulos con alta sensibilidad y de forma extremadamente rápida, podemos determinar el tamaño de las partículas/gotas de polvos, emulsiones, aerosoles y suspensiones.
Sin embargo, ya que las partículas tienden a estar sustancialmente dentro del rango de los nanómetros, hay una gran disminución en la forma en que las partículas dispersan la luz. Una partícula de 10 nm crea una dispersión un millón de veces menor que una partícula de 100 nm, de modo que hay un punto en el que, incluso reduciendo la longitud de onda de la fuente de luz (lo que aumenta la dispersión), es mejor analizar la dispersión de luz de otras formas.
Hay varias teorías que pueden determinar la dispersión de luz a partir de una distribución de tamaños de partícula (teoría de dispersión de Mie, teoría de dispersión de Fraunhofer, teoría de dispersión de Rayleigh) y un algoritmo de inversión puede convertir la dispersión en una distribución de tamaños.
Difusión y movimiento
Podemos mirar al nanomaterial en ángulos rectos al láser y rastrear la forma en que las partículas se dispersan (las partículas pequeñas se mueven más rápidamente que las partículas grandes) y, a partir de esto, determinar el coeficiente de difusión traslacional y, por ende, el tamaño (esto se conoce como análisis de seguimiento de nanopartícula [NTA]) o ver los cambios en la luz dispersa durante un período a medida que las partículas la atraviesan.
Si cambia rápidamente, se puede determinar que hay partículas finas presentes; si hay cambios lentos, entonces son partículas de mayor tamaño. Esto constituye la base de la espectroscopia de correlación de fotones/dispersión de luz dinámica.
La dispersión de luz electroforética implica pasar un campo eléctrico a través de un líquido para hacer que las partículas se muevan. Cuanto mayor sea la carga en las partículas, más rápido se moverán.
Hacemos pasar un láser a través de las partículas y, luego, recombinamos la luz dispersa con otra parte del mismo láser que aún no se ha dispersado. El patrón de interferencia resultante permite una medición increíblemente precisa de la velocidad de las partículas que se miden.
Dispersión de la luz y peso molecular.
Peso molecular
Si se mide la dispersión de luz como una función de concentración (de polímeros y biopolímeros) en una variedad de ángulos, podemos determinar la información que nos permita determinar el peso molecular del material en cuestión e información acerca de su estructura.
