Qual é a importância do índice de refração de nanopartículas?

O índice de refração e a absorção são importantes para as nanopartículas?

Resumo: Discutimos o índice de refração do Ouro, Prata, Titânio e Outras Nanopartículas. Neste post, também apontamos o índice de refração de alguns polímeros. Finalmente, veremos se o índice de refração é necessário sempre para DLS.

Em geral, as propriedades ópticas do material de dispersão têm uma influência tremenda no comportamento de dispersão observado. A teoria de Mie pode descrever completamente esses fenômenos. Portanto, a teoria de Mie é a melhor escolha. Por exemplo, o índice de refração n e a absorção k do material de dispersão afetam a intensidade da dispersão. Como resultado, para muitos pesquisadores interessados na faixa de tamanho de nanomateriais, as propriedades ópticas do próprio material são desconhecidas. O que podemos fazer em tal caso?

Coisas a considerar para propriedades ópticas de nanopartículas (Zetasizer)

Primeiramente, a quantidade de dispersão está diretamente relacionada às propriedades do material. No entanto, para a dispersão de luz dinâmica (DLS), as propriedades do material – embora muitas vezes solicitadas na configuração de um experimento – podem ser irrelevantes. Mas se apenas um tamanho médio por intensidade e uma polidispersidade média (PDI) por intensidade forem necessários, então não importa qual material produziu a intensidade. As propriedades do material entram em jogo quando a distribuição de tamanho da intensidade é transformada em uma distribuição de volume ou número. Nesse caso, temos que saber exatamente quanta luz é dispersada por cada nanopartícula. E para prever isso, a teoria de Mie requer o índice de refração e a absorção dessa partícula.
Em segundo lugar, para pequenas nanopartículas de menos de 100nm, as propriedades do material não terão nenhum importância. Como resultado, a distribuição de volume obtida via DLS não mudará significativamente nesse caso.

O índice de refração importa para potencial zeta?

Mobilidade eletroforética. Apenas as propriedades do dispersante entram em efeito. Portanto, em princípio, você não precisaria inserir nenhum parâmetro para medições de potencial zeta. No entanto, o software exige a seleção de um material.

FAQ: Então, qual é a importância do índice de refração e da absorção para nanopartículas?

Em geral, as propriedades ópticas do material de dispersão têm uma influência tremenda no comportamento de dispersão observado. A teoria de Mie pode descrever completamente esses fenômenos. Portanto, a teoria de Mie é a melhor escolha. Por exemplo, o índice de refração n e absorção k do material de dispersão afetam a intensidade da dispersão. Como resultado, para muitos pesquisadores interessados na faixa de tamanho de nanomateriais, as propriedades ópticas do próprio material são desconhecidas. O que podemos fazer em tal caso?

Coisas a considerar para propriedades ópticas de nanopartículas (Zetasizer)

1. Primeiramente, a quantidade de dispersão está diretamente relacionada às propriedades do material. No entanto, para a dispersão de luz dinâmica (DLS), as propriedades do material – embora muitas vezes solicitadas na configuração de um experimento – podem ser irrelevantes. Mas se apenas um tamanho médio por intensidade e uma polidispersidade média (PDI) por intensidade forem necessários, então não importa qual material produziu a intensidade. As propriedades do material entram em jogo quando a distribuição de tamanho da intensidade é transformada em uma distribuição de volume ou número. Nesse caso, temos que saber exatamente quanta luz é dispersada por cada nanopartícula. E para prever isso, a teoria de Mie requer o índice de refração e a absorção dessa partícula.
2. Em segundo lugar, para pequenas nanopartículas de menos de 100nm, as propriedades do material não terão importância. Como resultado, a distribuição de volume obtida via DLS não mudará significativamente nesse caso.

O índice de refração importa para potencial zeta?

Da mesma forma, para potencial zeta, as propriedades do material não contribuem para o cálculo da mobilidade eletroforética. Apenas as propriedades do dispersante entram em efeito. Portanto, em princípio, você não precisaria inserir nenhum parâmetro para medições de potencial zeta. No entanto, o software exige a seleção de um material.

Experimente um valor e veja o efeito!

Além dos dois pontos acima, você pode modelar valores de índice de refração e ver o que acontece:

• Por exemplo, você pode se convencer do efeito das propriedades do material. Para esclarecer como fazer isso, primeiro edite um registro de dados existente (realce o registro, clique com o botão direito, edite o registro). Depois disso, dê a ele um novo nome de amostra [por exemplo, “Amostra de Tungstênio com n=1.6 e abs=0.01”]. Então você pode editar as propriedades do material [clique na caixa pontilhada ao lado, Adicionar, insira um nome de material e seu índice de refração e absorção associados] e então OK OK. Como resultado, uma cópia do seu registro original com os novos parâmetros de análise aparecerá em seu arquivo. Destacando ambos os registros [pressione a tecla Ctrl e destaque ambos], os resultados com os dois métodos diferentes podem agora ser sobrepostos e posteriormente comparados.
  Você pode então confirmar que não há diferença no resultado da distribuição de intensidade (e na z-média e polidispersidade, nesse caso).
  Portanto, você pode observar diretamente a influência que uma mudança nas propriedades do material dispersante pode ter na distribuição de volume.
• Além disso, algumas propriedades ópticas para nanomateriais podem ser encontradas via Google. Por exemplo, aqui está uma lista curta de valores de índice de refração e absorção para nanomateriais comuns abaixo. Para esclarecer, isso é para um laser de Hélio-Néon com λ=632nm (o comprimento de onda no Zetasizer).

Selecione propriedades de índice de refração de nanopartículas

Concluindo, na tabela abaixo listamos alguns materiais comuns. Alguns – embora não todos – fazem parte da lista padrão de parâmetros de software.

Tabela de propriedades selecionadas de materiais
Material de amostra	índice de refração	absorção
Lipossomas #
Fosfolipídios	n=1.45	k=0.001
Exossomos	n=1.37 – 1.39*	k=0.01
Microvesículas (> .2µm)	n=1.40*	k=0.01
Nanopartículas e Coloides
Ouro [Au]	n=0.20	k=3.32
Prata [Ag]	n=0.135	k=3.99
Platina [Pt]	n=2.32	k=4.16
Paládio [Pd]	n=1.77	k=4.29
TiO2	n=2.41	k=0.001
SiO2	n=1.54	k=0.00
Emulsões PFOB	n=1.305	k=0.10
Nanodiamantes	n=2.42	k=0.00
Macromoléculas
Proteínas	n=1.45	k=0.001
Poliestireno	n=1.59	k=0.01

^# “Caraterização óptica de lipossomas por dispersão de luz em ângulo reto e turbidez” Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranas 1467, 1,  219-226 (2000)
* “Medição do índice de refração por análise de rastreamento de nanopartículas revela heterogeneidade em vesículas extracelulares” Journal of Extracellular Vesicles 2014, 3:25361 DOI: 10.3402/jev.v3.25361 (2014)
+ Além disso, o “Índice de refração de polímeros amorfos” no polymerdatabase tem uma lista relevante associada.

Em resumo, a resposta curta é: mesmo sem os parâmetros, podemos obter informações úteis de nanopartículas com DLS.

Recursos

• Mais importante, o Intensidade – Volume – Número – Qual tamanho é o correto? mostra as diferentes representações de distribuição.
• O que é a teoria de Mie: os primeiros 100 anos em um webinar
• Dispersão de luz dinâmica – termos comuns definidos para que você possa entendê-los.
• Na mesma linha deste post, o Manual de Referência da Malvern: Guia de dispersão de amostra e índice de refração (MAN0396-1-0) lista valores para difração.
• Além disso, a lista de constantes dielétricas de solventes comuns (da UMass) é útil para zeta.

Anteriormente

• Qual tamanho é o correto? (intensidade-volume-número)?
• Top 10 Dicas para GPC preparação de amostra
• Demonstração do software OmniSEC em 3 minutos.

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