Partículas espalham a luz: esse é um fato fundamental e algo com que nos deparamos diariamente, como o fato de o céu ser azul, o que é causado por um espalhamento mais intenso de luz azul do que de luz vermelha pelas partículas atmosféricas. O acabamento da superfície, seja ele brilhante ou fosco, é causado pelas partículas na superfície.
O ângulo de espalhamento, a frequência da luz espalhada e a intensidade desse espalhamento podem ser medidos para determinar o tamanho, a carga e a massa molecular dos materiais. Esta é a principal de muitas das nossas tecnologias.
Técnicas de dispersão de luz
Para difração a laser e difração de raios X, difração de raios X de pequeno ângulo (SAXS) e difração de raios X de ângulo grande (WAXS), nós trabalhamos com o princípio de que partículas de tamanhos diferentes têm uma característica de espalhamento exclusiva, de modo que, ao medirmos com precisão o espalhamento de luz em diversos ângulos com alta sensibilidade e extrema rapidez, podemos determinar os tamanhos das partículas/gotas de pós, emulsões, sprays e suspensões.
No entanto, conforme as partículas entram substancialmente no intervalo de nanômetros, há uma grande queda na forma com que as partículas espalham a luz. Uma partícula de 10 nm se espalha 1 milhão de vezes menos do que uma partícula de 100 nm, então há um ponto em que, mesmo reduzindo-se o comprimento de onda da fonte de luz (o que aumenta a quantidade espalhada), o espalhamento de luz pode ser mais bem analisado de outras formas.
Há várias teorias que podem determinar o espalhamento de luz de uma distribuição de tamanho das partículas (teoria de espalhamento de Mie, teoria de espalhamento de Fraunhofer, teoria de espalhamento de Rayleigh), e um algoritmo de inversão pode transformar um espalhamento em uma distribuição de tamanho.
Difusão e movimento
Podemos olhar para o nanomaterial nos ângulos corretos em relação ao laser e monitorar a forma como as partículas se difundem (as partículas pequenas se movem mais rapidamente do que as partículas grandes) e, a partir disso, determinar o coeficiente de difusão translacional e, consequentemente, o tamanho (isso é conhecido como análise de rastreamento de nanopartículas [NTA]), ou ver como a luz espalhada muda com o tempo, conforme as partículas passam por ela.
Se mudar rapidamente, pode-se concluir que existem partículas finas presentes; se mudar lentamente, conclui-se que existem partículas maiores. Isso forma a base da espectroscopia de correlação de fótons em relação ao espalhamento de luz dinâmico.
Para que haja espalhamento de luz eletroforético, é necessário que um campo elétrico passe por um líquido, o que faz com que as partículas se movam. Quanto maior a carga nas partículas, mais rápido elas se movem.
Passamos um laser pelas partículas e, em seguida, recombinamos a luz espalhada com outra parte do mesmo laser que não foi espalhada. O padrão de interferência resultante permite uma medição incrivelmente precisa da velocidade das partículas a serem medidas.
Dispersão de luz e peso molecular
Se medirmos o espalhamento de luz como uma função da concentração (de polímeros ou de biopolímeros) em uma variedade de ângulos, poderemos determinar informações que nos permitem definir a massa molecular do material em questão e as informações de sua estrutura.
