Lichtstreu-ISO-Standard jemand [ISO13321, ISO22412]?

Was ist der Standard für dynamische Lichtstreuung?

Wie können wir die Einhaltung der empfohlenen Qualitätsstandards für Lichtstreuung sicherstellen? Gibt es einen internationalen Standard für Lichtstreuung? Kürzlich erreichte uns eine interessante Frage an unserem Helpdesk zur Gültigkeit von Daten in der klassischen Zetasizer Nano-Software:

„Hallo Support! Gibt es eine Zusammenfassung der Malvern Panalytical-Dokumente, die ISO 22412:2017 – DLS abdeckt? Eine Kundin schreibt einen Artikel über ihre DLS-Daten und möchte ihr Argument mit ISO-Daten untermauern.„

Da dies ein relevantes Thema ist – auch wenn Sie keinen Artikel schreiben – haben wir uns entschlossen, die Antwort hier zu teilen. Können wir also die Leitlinien der internationalen Normungsorganisation (ISO) verwenden, um das Ergebnis einer DLS-Messung zu „bestätigen“?

Welche internationalen Standards sind für DLS relevant?

Es gibt zwei Normen, die direkt mit der dynamischen Lichtstreuung in Zusammenhang stehen

• ISO 13321:1996 Partikelgrößenanalyse — Photonenkorrelationsspektroskopie
• ISO 22412:2017 Partikelgrößenanalyse — Dynamische Lichtstreuung

Die ältere Norm ISO13321 wurde zurückgezogen und durch ISO22412 überarbeitet. Diese Überarbeitung brachte viele der Begriffe und Anforderungen der älteren Version auf den neuesten Stand.

Wie stellt man sicher, dass DLS-Messungen die ISO-Anforderungen erfüllen?

Schauen wir uns einige der ISO22412:2017-Kriterien an und wie Sie sicherstellen können, dass Ihre Messungen die Anforderungen erfüllen. Nachfolgend finden Sie 9 Tipps für die beste Datenqualität bei Ergebnissen der dynamischen Lichtstreuung.

1. Probenvorbereitung: Verwendung von Filtern für das Dispergiermittel

Der Standard empfiehlt Filter mit einer Porengröße von 200 nm oder kleiner, um Dispergiermittel zu filtern, die bei der Vorbereitung von Proben verwendet werden.

2. Vermeiden von Zahlenfluktuationen, mindestens 1000 Partikel im Streuvolumen

In der Regel ist dies kein Problem, und der Größenqualitätsbericht überprüft auf Anzeichen in der Korrelationsfunktion. Wenn wir Konzentration und Größe kennen, kann der Konzentrationsrechner die Anzahl der Partikel im Streuvolumen vorhersagen. Gehen Sie einfach zu Werkzeuge – Rechner – Konzentrationsdienste, geben Sie die relevanten Parameter im Abschnitt „Konzentration & Streuung“ ein und finden Sie die „Anzahl der Partikel im Probenvolumen“ im Abschnitt „Ergebnisse“.

3. Die Streuintensität sollte deutlich höher sein als die des Dispergiermittels allein

Typische Proben haben abgeleitete Zählraten, die mehrere Male höher sind als die des Dispergiermittels. In realen Situationen bedeutet dies, dass eine Probe wahrscheinlich mindestens eine Zählrate von 100 kcps haben sollte. Andernfalls könnte die Messung sehr lange dauern.

4. Partikel können je nach Winkel unterschiedliche Größen und Polydispersität aufweisen

Bei sehr kleinen Partikeln (insbesondere unter 30 nm) gibt es keinen Effekt. Mit anderen Worten, die Ergebnisse ändern sich nicht mit dem Streuwinkel. Aber insbesondere bei einem Vergleich mit Messungen aus anderen Systemen ist zu beachten, dass Ergebnisse bei unterschiedlichen Winkeln unterschiedlich sein können. (Siehe auch früherer Blogbeitrag zu Wie unterscheiden sich DLS-Ergebnisse mit dem Winkel?)

5. Die Korrelationsfunktion sollte einen guten Schnittpunkt haben

Der Schnittpunkt sollte mindestens 80 % seines maximal erreichbaren Wertes betragen. Typischerweise liegt der beste erreichbare Wert nahe 1.0, daher sollten Sie Schnittpunkten von 0.8 oder höher anstreben. Der Schnittpunkt wird in vielen Berichten notiert, beispielsweise im Intensität-PSM (M) Bericht, und kann im Korrelations(M)-Bericht direkt beobachtet werden.

6. Die Intensitätsautokorrelationsfunktion soll bis 1% des Schnittpunktwerts angepasst werden

Dies ist standardmäßig in der Zetasizer-Software implementiert, und es ist keine Änderung durch den Benutzer erforderlich.

7. Mindestens 20 Punkte innerhalb der Korrelationsfunktion müssen für den Kumulanten-Fit verfügbar sein

Dies wird in der Regel sehr leicht erfüllt und kann manuell überprüft werden, indem im Programm der Kumulanten-Fit (M)-Bericht angezeigt wird.

8. Partikel-Partikel-Interaktionen vermeiden, kollektive Diffusion für bestimmte Bereiche

Sie können den durchschnittlichen Abstand zwischen den Partikeln aus den Konzentrationsdiensten beziehen. Um darauf zuzugreifen, gehen Sie zu [Werkzeuge – Rechner – Konzentrationsdienste, geben Sie die relevanten Parameter im Abschnitt „Konzentration & Streuung“ ein und finden Sie den „Durchschnittlichen Partikelabstand (µm)“ im Abschnitt „Ergebnisse“].

Wenn der Probenskala viel kleiner ist als der Partikelabstand, wird Selbstdiffusion beobachtet

• λ/{2 · n · sin(Θ/2)} < durchschnittlicher Partikelabstand ⇒ Selbstdiffusion einzelner Partikel: gut!
• λ/{2 · n · sin(Θ/2)} > durchschnittlicher Partikelabstand ⇒ kollektive Diffusion von Partikelgruppen: schlecht!

Hier sind typische Szenarien im Zetasizer Nano, in wässrigen Proben, für die Längenskalen

• „Rückstreuung“, NIBS oder 173°: λ/{2·n·sin(Θ/2)} = 633nm/2/1.33/sin(173°/2) ≈ 240nm
• „Seitenstreuung“ oder 90° ≈  340nm
• „Vorwärtsstreuung“ oder 13° ≈ 2.1µm

Von allen optischen Konfigurationen hat die kollektive Diffusion am wenigsten Einfluss bei der Rückstreuung bis zu einem bestimmten Grad. Im obigen Beispiel mit einem durchschnittlichen Partikelabstand von 8µm würden wir bei Rück (173°), Seiten (90°) und Vorwärts (13°) Winkel im Zetasizer Selbstdiffusion beobachten.

9. Mindestens 1,2 M Photonen, die über die Dauer der Messung akkumuliert werden

Dies war nur Teil von ISO13321, ist jedoch immer noch eine sinnvolle Empfehlung. Es führt zu einem statistischen Standardfehler von weniger als 1% ( =1/√N ). Wenn im klassischen Zetasizer-Software der Automatikmodus ausgewählt wird, sollte diese Anforderung immer erfüllt werden.  (Einzige Ausnahme, wenn der Größenqualitätsbericht die Meldung „Unzureichendes Signal gesammelt“ als eine der Nachrichten kennzeichnet.)

Die obigen 9 Tipps für gute DLS-Messungen sollten Ihnen helfen, auf dem Weg zu perfekten Größenergebnissen zu sein.

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