Método de Medição de Amostras Padrão de Dispersão de Luz Dinâmica-2: Comparação de Tamanho de Partículas por TEM e DLS

Medição de Padrões de Látex

                                por Dispersão de Luz Dinâmica

Comparação de tamanhos medidos por TEM e DLS

Diferentes técnicas de medição irão medir diferentes propriedades de uma partícula e, portanto, podem dar resultados diferentes em termos do tamanho interpretado a partir da propriedade medida.

Portanto, a pergunta que frequentemente surge é: qual resultado é o correto? Para muitas pessoas ‘ver é crer’, então o resultado do microscópio eletrônico é ‘correto’. Na verdade, amostras preparadas para exame em microscópio eletrônico muitas vezes são tratadas rigorosamente, e esse tratamento pode distorcer materiais moles, como lattices poliméricos, e alterar ou mascarar estruturas de superfície.

Isso pode tornar a medição de tamanho de alguns tipos de materiais, como micelas de surfactantes, impossível. Em contraste, o DLS mede o diâmetro hidrodinâmico de partículas dispersas em seu ambiente nativo.

Qualquer estrutura de superfície, como uma camada adsorvida de polímero, ou uma mudança na dupla camada elétrica que afeta o movimento browniano da partícula, alterará o tamanho efetivo da partícula [5].

Aumentar a estrutura de superfície ou estender a dupla camada elétrica usando um dispersante de sal muito baixo, reduzirá o movimento browniano e aumentará o tamanho medido. Por essas razões, o tamanho hidrodinâmico ou tamanho DLS de partículas que não são esferas duras e lisas geralmente é maior do que o tamanho TEM.

Preparação de Amostras de Padrões de Látex para Medição por DLS

Para instrumentos com um ângulo de detecção de 90º (por exemplo, Zetasizer Nano S90, μV ou APS), todos os padrões de látex são fornecidos a uma concentração que é muito alta para medição por DLS, tipicamente 1%p/v. Amostras muito concentradas produzirão dispersão múltipla resultando num tamanho aparente muito pequeno. Portanto, a dispersão de látex deve ser diluída com 10mM NaCl, conforme discutido anteriormente, e que foi filtrada a 0,2 microns.

Para instrumentos de detecção de retrodifusão que têm posições de medição variáveis (por exemplo, Zetasizer Nano S ou ZS), as medições são possíveis em concentrações de látex puras. A redução no comprimento do caminho resultante da posição de medição variável resulta numa redução na dispersão múltipla.

No entanto, a concentração final de qualquer látex usado deve ser tal que o resultado seja independente da concentração real [2,3] com a concentração ótima dependendo do tamanho do látex.

Vários padrões de tamanho da série Nanosphere 3000, 2000 e 4000 da Thermo Scientific foram preparados e medidos numa variedade de instrumentos Zetasizer para esta nota de aplicação. Alguns destes padrões foram medidos na concentração pura, outros foram diluídos em 10mM NaCl e outros foram preparados em solução de sacarose a 13% p/v.

A densidade de esferas de látex poliestireno é próxima à de uma solução de sacarose a 13% p/v e reduz problemas de sedimentação do látex. A concentração e o diluente usados para os vários padrões de látex usados nesta nota de aplicação são mostrados na Tabela 1.

Resultados e Discussão A Tabela 1 resume os resultados obtidos para vários padrões de látex medidos por DLS. A tabela inclui detalhes do látex usado (com o número da peça Thermo exibido entre parênteses), o intervalo de tamanho certificado (#) ou hidrodinâmico (*), a concentração na qual o látex foi medido, o diluente usado para preparação, o instrumento no qual as medições foram feitas e os diâmetros médios obtidos para cada látex.

Todos os padrões disponíveis pela Thermo têm um intervalo de tamanho certificado, mas alguns também têm intervalos de tamanho hidrodinâmico informados. O intervalo de tamanho certificado (#) é obtido usando microscopia eletrônica de transmissão e é rastreável ao NIST. O intervalo de tamanho hidrodinâmico (*) é determinado por DLS.

Os resultados mostram que há uma ampla faixa de concentrações na qual os padrões de látex podem ser medidos. A detecção de retrodifusão usada no Zetasizer Nano permite que algumas amostras de látex sejam medidas na concentração pura, ou seja, 1% p/v. Conforme o tamanho das partículas de látex aumenta, a questão das flutuações numéricas e sedimentação tornam-se importantes.

Durante uma medição de DLS, a intensidade da luz dispersa flutua devido ao movimento browniano das partículas. A intensidade da dispersão é proporcional à concentração da amostra e, assim, o número de partículas dentro do volume de dispersão deve permanecer constante durante o decorrer da medição. No entanto, à medida que o tamanho das partículas aumenta, o número de partículas no volume de dispersão diminui até que ocorra severas flutuações do número momentâneo de partículas no volume de dispersão.

As flutuações numéricas são definidas como variações no número de partículas dentro do volume de dispersão durante o curso de uma medição de DLS. Para evitar flutuações numéricas, a concentração da amostra precisa ser aumentada.

No entanto, isso irá aumentar os efeitos de dispersão múltipla que, por sua vez, influenciarão o resultado obtido. A detecção de retrodifusão, em combinação com uma posição de medição variável, permite a medição de concentrações mais altas de amostras evitando assim problemas de flutuação numérica. As flutuações numéricas normalmente se manifestam por meio de linhas de base elevadas e flutuantes nas funções de correlação.

Outro problema ao medir partículas de tamanho grande por DLS é a sedimentação. Todas as partículas irão sedimentar e a taxa dependerá do tamanho das partículas e das densidades relativas das partículas e meio de suspensão. Para DLS, a taxa de sedimentação deve ser bem mais lenta do que a de difusão. Partículas grandes difusam lentamente, portanto sedimentação é uma questão mais importante.

A presença de sedimentação pode ser determinada verificando a estabilidade da taxa de contagem a partir de medições repetidas da mesma amostra.

Taxas de contagem que diminuem com medições sucessivas indicam que a sedimentação está presente e o sistema de Conselhos Especializados no software Zetasizer destacará isso para o usuário.

Pode ser vantajoso suspender as partículas em um meio de densidade similar se a viscosidade não estiver significativamente aumentada. Para as medições de látex de 3, 6 e 8,9μm nesta nota de aplicação, as amostras foram preparadas em sacarose a 13% p/v que tem a mesma densidade que o látex.

Os resultados obtidos para as amostras de látex de 3, 6 e 8,9μm estão na faixa de tamanho esperada usando a técnica DLS. Foram medidos a concentrações entre 0,15 e 0,24% p/v. Esses resultados confirmam que os efeitos de dispersão múltipla foram minimizados usando a deteção de dispersão retrodifundida e que as flutuações numéricas e a sedimentação não influenciaram os resultados obtidos.

Referências
[1] R. Pecora (1985) Dispersão de Luz Dinâmica: Aplicações da Espectroscopia de Correlação de Fótons. Editora Plenum, Nova York.
[2] Norma Internacional ISO13321 (1996) Métodos para Determinação de Distribuição de Tamanho de Partículas Parte 8: Espectroscopia de Correlação de Fótons. Organização Internacional de Padronização (ISO).
[3] Norma Internacional ISO22412 (2008) Análise de Tamanho de Partícula: Dispersão de Luz Dinâmica (DLS). Organização Internacional de Padronização (ISO).

[4] Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (www.nist.gov).
[5] R.S. Chow e K. Takamura (1988) J. Colloid. Int. Sci, 125, 266.