O que é o índice de polidispersidade (PDI) na dispersão dinâmica de luz (DLS)?

O termo índice de polidispersidade PDI, ou polidispersidade (ou mais recentemente dispersidade sem prefixo de poli, conforme recomendado pela IUPAC), é utilizado para descrever o grau de “heterogeneidade” de uma distribuição. No campo da caracterização molecular/nano, o termo polidispersidade tem diferentes significados, dependendo do contexto de uso.

Na química dos polímeros, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC) e Cromatografia de Exclusão por Tamanho (SEC), polidispersidade é definida como a razão entre a média ponderada em massa e a massa molar média numérica (Mw/Mn) e é usada para fornecer aos pesquisadores uma ideia da amplitude ou largura da distribuição da massa molar. Similarmente, mas não de forma idêntica, no campo da dispersão de luz, a polidispersidade é usada para descrever a largura da distribuição do tamanho das partículas.

Na Dispersão Dinâmica de Luz (DLS), a distribuição de tamanhos das moléculas ou partículas é o atributo de interesse.

Aqui, a distribuição descreve quanto material está presente em “fatias” de tamanhos diferentes. Na DLS, a distribuição básica é a distribuição de intensidade que indica quanta luz é dispersa por “fatias” ou “bins” de diferentes tamanhos.

O tamanho médio e o desvio padrão dessa média podem ser extraídos diretamente das estatísticas da distribuição. Aqui, o desvio padrão (absoluto) ou “semilargura” da distribuição pode ser comparado com a média, resultando na polidispersidade relativa = desvio padrão/média.

Historicamente, em vez de exigir uma distribuição, uma técnica de ajuste monomodal forçado mais simples (método cumulante) foi usada para determinar o tamanho médio total (por intensidade) e a polidispersidade total (2º cumulante normalizado).

No caso de uma distribuição gaussiana teórica, a polidispersidade total é a polidispersidade relativa da distribuição. Tradicionalmente, essa polidispersidade total foi convertida em um índice de polidispersidade PDI, que é o quadrado da polidispersidade na dispersão de luz. Para uma amostra perfeitamente uniforme, o PDI é 0,0.

Os valores para vários graus de dispersidade são listados na tabela abaixo.

É possível calcular o valor do PDI sem incluir pequenos picos de aglomeração?

Por exemplo, se a espécie principal de partículas tem cerca de 100 nm e existe uma pequena contribuição (2% por intensidade) de um pico em 5 microns, então podemos ignorar o pico de 5 microns e recalcular a média-z e o PDI.

Ou podemos determinar o PDI apenas para as menores espécies? A média-z enfatiza o peso das componentes menores.

Isso ocorre porque a correspondência é feita apenas sobre a parte inicial da função de correlação. Ao calcular a média-z segundo o método ISO, o ajuste da função de correlação se estende até 10% do valor inicial. Portanto, um pico de 5 microns pode contribuir apenas minimamente para a média-z total, e é muito provável que assim seja.

É possível ignorar um pico no cálculo do PDI?

Se você deseja reprocesar os dados para ignorar completamente o pico de 5 microns, isso pode ser feito indo ao software de pesquisa e alterando o número total de pontos de dados (= canais) usados para o ajuste.

Se o ajuste for apenas até 10% do intercepto e a normalização não mais mostrar o pico de 5 microns, então a média-z não incluirá o pico de 5 microns, o que também está de acordo com o protocolo ISO.

No entanto, se o pico de 5 microns ainda estiver presente e você quiser que ele desapareça, você pode restringir a faixa de ajuste a canais mais baixos. Por exemplo, apenas até 50% do intercepto ou até que ele desapareça. No entanto, isso já não seria mais conforme um plano de ajuste cumulante ISO! Isso seria, em vez, um “PDI “especial”. Isso seria adaptado à situação e não seguiria mais o procedimento ISO cumulante oficial.

Em relação ao índice de polidispersidade PDI para picos individuais, isso é muito mais simples e não requer reanálise: ao exibir uma distribuição de tamanho de partícula por intensidade, cada pico é apresentado com sua média e desvio padrão. Para esse pico, o PDI é o quadrado do desvio padrão dividido pelo quadrado da média. Por exemplo, suponha que o pico tenha um tamanho médio de 9,3 nm e um desvio padrão de 4,4 nm. Resultadamente, o PDI para este pico seria 4,4*4,4/(9,3*9,3) = 0,22.

Leituras adicionais

O Significado de PDI

Dispersão Dinâmica de Luz – Definição de Termos Comuns