FAQ: Tamanho de pico ou tamanho z-médio – qual escolher em DLS?

por Ulf Nobbmann, Thursday, 10th July 2014

Comparação Z-médio e pico DLS (imagem criada por Ulf Nobbmann)

O tamanho do pico da distribuição ou o tamanho médio geral é melhor? Em espalhamento de luz dinâmico (DLS) nós medimos a função de autocorrelação da intensidade da luz espalhada. Em seguida, ajustamos esta função para obter um tamanho. Há dois principais resultados de algoritmos de ajuste que podem confundir os usuários:

  • Tamanho do Cumulante (ou z-médio) e polidispersidade (ou índice de polidispersidade PDI) com um tamanho médio geral e uma polidispersidade média geral. {O parâmetro “largura do PDI” em nanômetros é a raiz quadrada do PDI multiplicado pelo z-médio.}
  • Tamanho do pico (ou tamanho de distribuição) com um tamanho médio e uma largura para cada pico de tamanho separado da distribuição

Quais são as principais diferenças entre esses dois algoritmos?

O z-médio é um tamanho determinado de acordo com um método ISO [ ISO13321:1996 ou seu novo correspondente ISO22412:2008 ] . Aqui, ajustamos somente a parte inicial da função de correlação para um decaimento exponencial único (o ajuste vai até pontos da função de correlação até 10% do intercepto).

A taxa de decaimento está diretamente relacionada ao tamanho médio geral ou tamanho z-médio. O próximo termo de ajuste de ordem está relacionado à polidispersidade de uma distribuição de tamanho Gaussiana, se considerarmos isso como a distribuição de partículas subjacente.

Para a análise de distribuição, ajustamos a função de correlação para tempos mais longos. Mais dados brutos são ajustados, tipicamente até 1% do intercepto. O ajuste envolve técnicas de regularização, como mínimos quadrados não-negativos NNLS, ou CONTIN). O resultado é uma distribuição de diferentes contribuições das classes de tamanho ou intervalos de tamanho. Picos dessa distribuição podem ser definidos com uma média estatística e desvio padrão desse pico específico.

Por que os dois números não são iguais, tendendo da mesma forma?

Para uma amostra perfeitamente monodispersa, os dois resultados deveriam ser os mesmos. Ou seja, o z-médio deveria ser igual à média do (único e exclusivo) pico na distribuição. Em aplicações reais, mesmo para amostras monodispersas, isso provavelmente não é o caso e haverá pequenas diferenças.

Para amostras polidispersas, os dois não podem ser iguais. O z-médio ainda será apenas um número único, enquanto a distribuição mostrará dois ou mais picos. E cada pico tem sua correspondente média e largura.

Explicações para os três cenários potenciais são:

  1. z-médio menor que o tamanho do pico: O ajuste do cumulante é apenas para a parte inicial da função de correlação, então de certa forma, enfatiza ligeiramente o decaimento inicial da parte menor da distribuição. Se houver um pico adicional em tamanho pequeno devido a aditivos ou componentes do tampão (às vezes chamado de “pico de solvente“) isso pode ser a causa para o tamanho médio menor do que o tamanho de pico esperado.
  2. z-médio igual ao tamanho do pico: Amostra ideal, provavelmente monodispersa. Em situações muito esquisitas, pode ser uma amostra muito polidispersa onde um dos picos coincide com o tamanho médio geral.
  3. z-médio maior que o tamanho do pico: A distribuição mostra um componente pequeno e um grande, a média dos dois está em algum lugar no meio. Em circunstâncias peculiares, pode realmente não haver um pico menor ou maior quando o pico menor é menor que o limite de exibição mais baixo (componentes do tampão ou aditivos) e quando o pico maior é maior que o limite grande (agregados muito grandes ou poeira).

Como interpretar o resultado?

Felizmente, o relatório de qualidade no software Zetasizer DTS verifica essas ocorrências e apontará para a interpretação correta do resultado encontrado. Em distribuições, uma escolha adicional na interpretação diz respeito a distribuições de intensidade-volume-número.

{{Há um caso adicional 4. quando há um z-médio, mas sem picos: Isso geralmente acontece quando o z-médio é tão grande que qualquer pico encontrado na análise de distribuição não se enquadra na faixa de exibição padrão. Como exemplo, se o z-médio fosse 20µm e a análise de distribuição encontrasse um único pico amplo na faixa de 15-25µm, isso não seria mostrado. Em vez disso, apenas uma linha reta apareceria no gráfico de distribuição. DLS não é uma técnica ideal para partículas tão grandes, portanto o corte razoável na exibição.}}

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