Método de Análise Líquida Usando Difração a Laser

Método de Análise Líquida Usando Difração a Laser 

 

 

Introdução

 

A técnica de análise de partículas utilizando o método de análise líquida, é amplamente usada para obter resultados reprodutíveis na difração a laser. O método de análise líquida permite a análise de uma ampla gama de tamanhos de partículas, desde pigmentos de alguns micrômetros até areia ou sedimentos. Quando há distribuição de partículas grandes ou misturas de diferentes tamanhos, é possível usar a viscosidade do meio de dispersão para medir de maneira semelhante à forma de resolver problemas de sedimentação de partículas. 

 

No método de medição de difração a laser, é possível usar vários tipos de meios de dispersão, facilitando a dispersão de diferentes tipos de partículas. Além disso, é possível otimizar a estabilidade de dispersão que é impossível em métodos secos. Isso ocorre porque a energia de dispersão das partículas em um meio líquido é maior do que no método seco. 

 

Devido a isso, a análise líquida é muitas vezes considerada o único método para a dispersão reprodutível de materiais de microns, sendo mais adequado especialmente para partículas grandes como aquelas viscosas ou fortemente aglomeradas. A resistência à quebra das partículas também não é um grande problema na análise líquida comparado a métodos secos. 

 


Embora seja possível obter bons resultados usando métodos de análise líquida, isso depende inteiramente do desenvolvimento e aplicação corretos do método analítico pelo analista. Esta nota de aplicação enfoca fornecer informações importantes para usuários de equipamentos ao configurar o SOP para o método de análise líquida usando difração a laser.
A configuração para medição de difração a laser é fácil e simples. No entanto, para uma análise precisa, é muito importante considerar os seguintes itens relacionados à amostra. 

 


Representatividade da Amostra

 

A coleta de amostras de material a partir de um estado de granel é uma das tarefas mais importantes na análise de partículas. É especialmente importante se houver grandes partículas (maiores que 70 micrômetros) presentes na amostra. Como a difração a laser é uma técnica de medição baseada no volume, é sensível a pequenas mudanças em grandes partículas na amostra porque estas ocupam um maior volume em comparação com partículas menores (o volume de uma partícula de 100 micrômetros é equivalente ao de um milhão de partículas de 1 micrômetro, resultando em uma resposta de dispersão semelhante). As considerações sobre amostragem são abordadas na referência 1. 
 

Se a amostragem for controlada, é mais fácil obter reprodutibilidade entre as medições como especificado no ISO13320-1. O padrão ISO para medições de difração a laser é menor que 3% de reprodutibilidade em D(v,0,5) e menor que 5% em D(v,0,1) e D(v,0,9). Se a amostragem não for controlada, pode-se esperar que o erro entre as medições seja superior a 20%. 


Seleção de Meio de Dispersão


Selecionar um meio de dispersão apropriado ao realizar análises líquidas é o próximo passo. Ao escolher o meio de dispersão, considere os seguintes aspectos.  

•  É transparente ao feixe de laser a ponto de permitir medições de difração a laser?
•  Possui um índice de refração diferente do das partículas a serem medidas(a diferença no índice de refração deve ser suficiente para distinguir a intensidade do espalhamento medido)?
• O meio não deve dissolver a substância durante a medição.
• As partículas podem ser medidas no estado molhado sem se aglomerarem.
• É suficientemente estável para prevenir re-aglomeração.
• Não deve ter uma viscosidade muito alta nem formar bolhas.

 

 




A água é comumente escolhida como a primeira opção de material devido à sua transparência e baixo custo. Para partículas grandes, pode-se usar água da torneira comum, mesmo que a qualidade possa variar em relação ao estabelecido no SOP. Se possível, as medições devem ser feitas com água desionizada, especialmente para partículas abaixo de 20 micrômetros, pois os sais presentes na água da torneira podem causar aglomeração de partículas. A adição de surfactantes e outros estabilizadores também pode ser necessária para evitar a aglomeração de partículas finas.   


 

Muitos materiais, especialmente substâncias farmacêuticas, dissolvem-se bem na água. Nestes casos, é necessário um dispersante que reduza a polaridade (Tabela 1). Nesse contexto, a escolha do dispersante deve depender da polaridade que o material apresenta durante o teste. O custo de dispersantes não aquosos também deve ser levado em conta. 

 


Surfactantes 

 


O primeiro passo no processo de análise líquida é molhar a superfície das partículas com o meio de dispersão escolhido. Em alguns casos, pode ser necessário um surfactante para facilitar o molhamento.

 

Os surfactantes reduzem a tensão superficial do meio de dispersão, diminuindo o ângulo de contato entre o meio e a superfície das partículas, ajudando no processo de dispersão.

 

A escolha do surfactante é influenciada pelas propriedades químicas da superfície das partículas e pelas características do dispersante. Surfactantes não iônicos (ex.: Tween 20/80; Span 20/80) são geralmente seguros para uso em indústrias farmacêuticas e alimentícias. Em alguns casos, surfactantes aniônicos como SDS ou catiônicos como CTAB são utilizados, pois não só melhoram o molhamento, mas também estabilizam as partículas, criando uma barreira que impede a aglomeração. 

 


A orientação sobre surfactantes de acordo com as partículas e meios de dispersão está descrita no ISO 14887. Em todos os casos, a concentração do surfactante deve ser cuidadosamente controlada. Mesmo em baixas concentrações, surfactantes são ativos (>0,001g/l). Geralmente, diluir 1-2 gotas de uma solução (10%) de surfactante é suficiente para melhorar o molhamento das partículas. O uso de altas concentrações de surfactante pode causar formação de espuma no dispositivo de dispersão, falsamente indicando partículas grandes na amostra que não estão presentes.



Estabilizantes 

 

Após a dispersão das partículas no meio escolhido, é crucial evitar a re-aglomeração. Os dispersantes aquosos podem ser estabilizados controlando-se a condutividade da suspensão. Este é um dos motivos pelos quais se usa água desionizada em vez de água da torneira como dispersante. Além disso, substâncias como Hexametafosfato de Sódio, Citrato de Amônio ou Pirofosfato de Sódio podem funcionar como estabilizantes de carga. Cada uma dessas substâncias aumenta o potencial zeta, melhorando a estabilidade da suspensão (relacionado à carga das partículas). Porém, um excesso de estabilizante pode também causar problemas na dispersão. Normalmente, estabilizantes são adicionados em concentrações inferiores a 1% p/v; do contrário, a alta condutividade da solução pode levar à aglomeração. Um exemplo otimizado de dispersão utilizando estabilizantes pode ser encontrado na ref. [4]. 

 

Escolha Adequada do Meio de Dispersão  

 

É possível escolher condições de dispersão apropriadas sem medir diretamente o tamanho das partículas. Durante os experimentos, a amostra pode ser dividida e dispersa em frascos contendo diferentes dispersantes.  

Se as partículas flutuarem na superfície do dispersante, é sinal de que o molhamento não está adequado. Isso pode ser resolvido pela adição de surfactantes ou pela substituição por um dispersante com menor tensão superficial.  

 

Se as partículas estiverem molhadas, a amostra deve ser tratada com ultrassom e a sedimentação observada. Um exemplo disso é mostrado na Figura 1, onde uma suspensão de óxido de cério foi estabilizada com hexametafosfato de sódio.
Em baixas concentrações de suspensão, a instabilidade e sedimentação são evidentes. As suspensões a 0,01% p/p e 0,5% p/p mostraram-se estáveis, indicando que o ponto médio em torno de 0,25% p/p proporciona a estabilidade de dispersão mais forte.  


Por fim, se a concentração de hexametafosfato de sódio na suspensão ultrapassar 0,5% p/p, a suspensão se tornará instável devido ao aumento da força iônica da solução. 

 


Configurações de Medição

 

No estágio de desenvolvimento do SOP, é importante considerar como a quantidade de amostra e as configurações do dispositivo de dispersão afetam a medição do tamanho das partículas. 

 


Configurações de Bomba e Misturador  

 

A velocidade adequada da bomba e do misturador pode ser facilmente determinada observando como o aumento da velocidade da bomba afeta o tamanho das partículas.   

A Figura 2 ilustra a situação. Em velocidades baixas, as partículas parecem menores porque a velocidade da bomba não é suficiente para suspender as grandes partículas na amostra. Para velocidades mais altas, entre 1500-3000 rpm, o tamanho das partículas resulta em valores estáveis. Nesse ponto, a velocidade é suficiente para que as partículas estejam uniformemente dispersas na célula de medição. A velocidade da bomba é…