Tipps und Tricks für Nanopartikel

Charakterisierung von Nanopartikeln

Vor einigen Tagen haben wir ein Live-Webinar mit dem Titel „Charakterisierung der Nanopartikelgröße: Tipps & Tricks mit dem Zetasizer Nano“ veranstaltet. Dies schien für viele von Ihnen ein interessantes Thema zu sein, da ich – Entschuldigung – nicht alle Fragen am Ende der Präsentation beantworten konnte. Hier ist also meine Nachbereitung zum Event.

Zur Zusammenfassung wurde dieser Abstract vor dem Event veröffentlicht: Nanopartikel sind durch ihre Größe definiert. In dieser Präsentation werden verschiedene Messtechniken verglichen, wobei der Fokus auf experimentellen Tipps und Tricks liegt, um maximalen Wert aus Größenmesstechniken wie dynamischer Lichtstreuung (DLS) mit dem Malvern Zetasizer zu ziehen. Einige der behandelten Fragen werden beinhalten:

• Was sind die Vorteile und wo liegen die Grenzen?
• Benötigt man eine Intensitäts- oder Zahlverteilung?
• Welchen Brechungsindex sollte man für die Partikel wählen?

Nach einer kurzen Ansprache der Definition eines Nanopartikels und einem Abstecher in die Elektronenmikroskopie (TEM, SEM) sowie in kleine Winkel Röntgenstreuung (SAXS), lag der Fokus auf Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) im Vergleich zur dynamischen Lichtstreuung (DLS). Im Kern liefert DLS exzellente Ensemble-Statistiken für eine durchschnittliche Größe (nach Intensität), einen durchschnittlichen Polydispersitätsindex und eine mäßig peak-aufgelöste Verteilung durch mathematische Inversion. NTA hingegen bietet das Verfolgen einzelner Partikel für eine hoch peak-aufgelöste Verteilung nach Anzahl, kombiniert mit einer angemessenen Konzentrationsbestimmung. Welche Verteilung ist besser? Es hängt davon ab, beide können richtig sein. Mit nur DLS fortgefahren, ist ein Vorteil, dass die Intensitätsverteilung immer korrekt ist (sofern die Daten von annehmbarer Qualität sind), unabhängig vom Brechungsindex des Materials. Dies wird nur dann relevant, wenn Volumen- oder Zahlverteilungen aus den Intensitätsdaten abgeleitet werden – aber auch dann wird dies für echte Nanopartikel nur wenig von Bedeutung sein.

Die Tipps reichten von der Erlangung des Zugangs zum E-Learning-Kurs des Zetasizer bis zur Erstellung benutzerdefinierter Arbeitsbereiche. Klicken Sie hier, um die Aufzeichnung des Webinars abzuspielen, falls Sie es verpasst haben.

Q: Wenn ich eine Mischung aus Mizellen und Liposomen habe, welche Messmethode mit DLS wird ein wirkliches Bild der Größenverteilung geben? Intensität, Volumen oder Zahl? Was sind die Vor- und Nachteile von jeder? Danke!
A: Wenn Sie kleine Mizellen und größere Liposomen haben, wird die Intensitätsverteilung einen größeren Beitrag von den Liposomen zeigen (durch Streuintensität), während die Zahlverteilung einen größeren Beitrag von den Mizellen zeigt (nach Zahl). Diese Ergebnisse sind beide korrekt. Zahlverteilungen betonen die Spezies mit der höchsten Anzahl an Partikeln (die oft zu den kleineren gehören). Intensitätsverteilungen betonen die Spezies mit der größten Streuintensität, die zum Gesamtergebnis beitragen (die oft die größeren Partikel sind). Wenn Sie versuchen, sehr saubere Proben ohne große Aggregate herzustellen, verwenden Sie die Intensitätsverteilung, die übrigens die bevorzugte Methode für DLS ist. Wenn Sie hauptsächlich die kleinsten Nanopartikel in Ihrer Vorbereitung sehen möchten, versuchen Sie die Zahlverteilung (vorausgesetzt die DLS-Ergebnisse sind von guter Datenqualität).

Q: Können Sie nützliche Informationen zu Exosomen durch DLS erhalten, wenn kein Instrument für NTA verfügbar ist? Durch Spitzenintensität haben wir größere Vesikel, aber durch Spitzenvolumen sind die meisten <100 nm. Es scheint, dass die Berichterstattung der Spitzenintensität häufiger vorkommt.
A: Wenn Ihre Probe „sauber genug“ ist (d.h. keine großen Zelltrümmer usw. enthält) und genügend Exosomen vorhanden sind (sodass genügend Streuintensität vorhanden ist), können DLS Informationen liefern. Es gibt einige Veröffentlichungen dazu. Ja, das Spitzenmittel kann durch Volumen oft kleiner sein (siehe Blog-Beitrag) – und die Zahl kann sogar kleiner sein. NTA entdeckt eine Zahlverteilung. Spitzenintensität ist am gebräuchlichsten für DLS, weil es die Verteilung ist, die der gemessenen am nächsten kommt (d.h. die Intensität der streuenden Partikel).

Q: Warum wird bei der Messung mit Front- oder Rückstreuung der gleiche Probe eine völlig unterschiedliche Größenbestimmung beobachtet. Können Sie das erklären?
A: Für sehr kleine Nanopartikel ist das Streuprofil isotrop, was bedeutet, dass die gleiche Menge Licht in alle Richtungen gestreut wird. Für größere Partikel wird sich das Streuprofil ändern, um sogar Maxima und Minima bei bestimmten Winkeln zu zeigen (wie im Foto links gezeigt). Im Allgemeinen streuen größere Partikel relativ viel mehr Licht in Vorwärtswinkeln. Wenn nun Daten zwischen Vorwärts- und Rückwärtswinkeln verglichen werden, ist es möglich, dass die Vorwärtswinkeldaten mehr Signale von größeren Partikeln enthalten, die in der Probe vorhanden sind. Mit anderen Worten, durch Intensität ist die durchschnittliche Größe in der Vorwärtsstreuung größer als die durchschnittliche Größe in der Rückwärtsstreuung. Vorausgesetzt, die Datenqualität ist anständig und die Eigenschaften des Brechungsindexes sind bekannt, sollten die Intensitätsergebnisse, wenn sie in eine Volumenverteilung umgewandelt werden, wieder sehr nah beieinander liegen. Ja, es ist völlig zu erwarten, dass die Ergebnisse durch Intensität aus verschiedenen Streuwinkeln unterschiedlich sein werden.

Q: Wie können wir die Größe von Materialien messen, deren Brechungsindex und Absorption nicht bekannt sind?
A: Wenn die Partikel voraussichtlich Nanopartikel sind, kann es möglicherweise überhaupt nicht darauf ankommen, siehe vorherige Diskussion über welchen Brechungsindex zu wählen ist. Für größere Partikel ist die Intensitätsverteilung immer noch korrekt, es ist nur beim Berechnen der Volumen- oder Zahlverteilung, dass das Wissen über den Brechungsindex wichtig ist. DLS-Messungen können durchgeführt und interpretiert werden, ohne den Brechungsindex und die Absorption des Materials zu kennen. Und das ist ein Unterschied zur Laserdiffraktion, für die diese Parameter in der Regel erforderlich sind. Übrigens, Sie können sich an unser Helpdesk wenden, wenn Sie die Materialeigenschaften nicht finden; möglicherweise haben sie die Werte aus vorherigen Messungen an ähnlichen Proben.

Q: Was ist mit der Größenbestimmung von thermoresponsiven Polymeren? Mit einer gemischten Größe von Polymeren?
A: Ja, das funktioniert sehr gut mit DLS. Thermoresponsive Polymere wie PNIPAM wurden für DLS verwendet. Insbesondere können Größenmessungen als Funktion der Temperatur automatisiert über Nacht mit der Zetasizer-Software durchgeführt werden. Wenn verschiedene Größen vorhanden sind, können diese möglicherweise nicht als separate Peaks aufgelöst werden. Wenn höhere Auflösung erforderlich ist, könnte man eine Trenntechnik wie die Gelpermeationschromatographie in Verbindung mit Lichtstreuung in Betracht ziehen.

Q: Ist DLS zuverlässig für Proben mit einer Größe von 200 nm?
A: Ja, DLS ist sehr zuverlässig für Partikel mit 200 nm. DLS kann sehr gut bis zu einigen Mikronen funktionieren (wenn es keine Sedimentation gibt und genügend Partikel im Streuvolumen vorhanden sind). Der größte Anwendungsbereich für DLS liegt im Bereich von 1 nm bis 1 Mikron, was der perfekte Spitzenleistungsbereich der dynamischen Lichtstreuung ist. Eine Reihe von Latex-Standards, die mit DLS gemessen wurden, sind in dieser technischen Notiz aufgeführt.

Q: Wir haben überlegt, Triton bei etwa 0,5% als Dispergiermittel für TiO2-Nanopartikel von ~70 nm Größe zu verwenden. Wäre Triton Ihrer Erfahrung nach ein Problem während der DLS-Messungen?
A: Triton kann verwendet werden und wird wahrscheinlich keine Probleme verursachen. Es ist jedoch eine gute Idee, Triton bei der Konzentration, die Sie verwenden möchten, für sich zu messen. Es kann wurmförmige Mizellen bilden und die Ergebnisse verfälschen. Ihre TiO2-Proben können auf der anderen Seite so viel Streusignal zeigen, dass dies jegliches Signal von Triton überwältigen kann. Dieser Artikel über TiO2 könnte nützlich sein.

Q: Meine Zetasizer-Ergebnisse sagen oft, dass unsere Partikel etwa 10 nm groß sind. Wir möchten mehr über die Partikel wissen, aber es scheint, dass keine anderen Malvern-Geräte Informationen über so kleine Partikel liefern können. Haben Sie Vorschläge?
A: Das klingt nach einem schönen Problem; viele Forscher sind damit beschäftigt, große Partikel zu vermeiden und Wege zu finden, um sie kleiner zu machen. Während wir kein TEM, SEM oder AFM anbieten, gibt es eine Technik, die einige zusätzliche Einblicke in Ihre Partikel geben könnte: Der Viscosizer kann direkt eine volumenbasierte Größe messen, und die intrinsische Viskosität kann einige Informationen über die Struktur Ihrer Partikel liefern, wenn sie polymer/nicht-sphärisch sind.

Q: Können Sie etwas über Laufzeit (wie lange sollte sie sein?) und die Anzahl der Läufe (Reproduzierbarkeit) sagen?
A: Die Software hat einen automatischen Modus. In dieser Einstellung wird sie genug Photonen aufnehmen, um ein statistisch relevantes Ergebnis zu liefern. Wenn Sie manuell Werte festlegen möchten, zielen Sie darauf ab, mindestens 1 Million Photonen zu sammeln. Um zu überprüfen, wie reproduzierbar die Werte sind, wäre das absolute Minimum drei, allerdings werden die meisten Forscher mehr Läufe machen, um Vertrauen zu gewinnen. Es ist möglich, viele kürzere Läufe zu machen, und dies kann nützlich sein, wenn ein sich ändernder Prozess beobachtet werden muss. Hier wird die inhärente Schwankung in den kurzen Messungen akzeptiert, um in der Lage zu sein, einen allgemeinen Trend über die Zeit zu erkennen. Dies wäre ein guter Einsatz des manuellen Modus, allerdings verhindert der automatische Modus in den meisten anderen Fällen falsche Einstellungen.

Q: Wenn man die Partikelgröße misst, was ist ein angemessener pdI-Wert oder ist es abhängig von der Probe?
A: Das ist abhängig von der Probe – und es kann Daten mit ziemlich großen pdI geben, die dennoch angemessen sind. Für monodisperse Latex-Standards können Werte so niedrig wie pdI = 0,03 in den Daten zu sehen sein.

Q: Beeinflussen kleine Luftblasen in der Probe die DLS-Messung?
A: Ja, sie können eine Rolle spielen. Wenn es sich nur um einen sehr gelegentlichen Ausschlag handelt, ist dies kein Problem und wird am Ende ausgeglichen. Konsistente Ausschläge können zu einem Peak bei großer Größe bis zu einigen Mikronen und darüber hinaus führen und dies wird dann auch als Kommentar im Datenqualitätsbericht der Größe vermerkt. Der beste Weg, dies zu vermeiden, kann eine kurze Zentrifugierung in einem Tischzentrifuge sein.

Q: Wie bestimmt man die Größe, wenn die durchschnittliche Größe im Bericht von der Peak-Verteilung im Spektrum abweicht?
A: Dies wurde in einem früheren Beitrag zur z-average der Peakgröße diskutiert. Er erwähnt auch den Fall, in dem der Durchschnitt niedriger/zwischen/höher als die Peaks sein kann.

Q: In Bezug auf zählungen pro Sekunde, was ist eine ideale Zählung zum beobachten?
A: Die Avalanche-Photodiode APD im Zetasizer ist ein sehr empfindlicher Lichtdetektor. Wenn er zu viel Licht erhält, könnte er beschädigt werden. Er wird auch bei sehr hohen Zählraten nicht linear. Empfohlene Zählraten für DLS-Messungen sind 100 – 500 Kilozählungen pro Sekunde (kpcs). Im automatischen Modus passt die Software die Laserintensität automatisch an, um eine angemessene Streuintensität von der Probe zu erreichen.

Q: Ist es empfehlenswert, größere Größen als 100 nm im Malvern Zetasizer Nano zu verwenden, funktionieren sie?
A: Ja! Partikel größer als 100 nm können problemlos mit dem Zetasizer gemessen werden. Tatsächlich liegt der Standardbereich für DLS bis zu einigen Mikron. Wir konnten Partikel bis zu 10 Mikron messen, obwohl Sedimentation bei diesen sehr großen Objekten ein Problem werden kann. DLS glänzt im Nanometer- bis Mikronbereich. Eine Reihe verschiedener Latex-Standards, die mit DLS gemessen wurden, sind in dieser technischen Notiz aufgeführt. Zur Klarstellung und Vermeidung von Missverständnissen: DLS funktioniert gut unter und über 100 nm, daher ist es nicht erforderlich, Partikel größer als 100 nm zu haben.

Q: Werden kleine Luftblasen in der Lösung oder Staub im Küvetten die DLS-Größenmessungen beeinflussen? Wenn ja, welche Ergebnisse werden wir erhalten? Danke!
A: Wenn die kleinen Luftblasen nur an der Wand der Küvette haften, sollte dies kein Problem darstellen, es sei denn, sie befinden sich direkt im Weg des Laserstrahls oder blockieren die Detektionsoptik. Dies kann leicht überwunden werden, indem man die Küvette auf den Tisch klopft und erneut einfügt (oder als fortschrittlichere Maßnahme entgaste Lösungsmittel verwendet). Wenn die Luftblasen und/oder Staub gelöst und in der Probe treibend sind, dann ja, dies könnte zu großen Größenpeaks in der Größenverteilung führen und in extremen Fällen sogar unmöglich machen, Ihre Nanopartikel zu messen. Lichtstreuung ist sehr empfindlich auf das Vorhandensein von sogar geringen Mengen großer Streuer in der Probe. Ja, Sauberkeit ist definitiv ein gutes Ziel für DLS (auch wenn Rückstreuung nachsichtiger ist als traditionelle 90-Grad-Optik).

Q: Wie steht es mit der Größenmessung von Nanoflakes?
A: Wenn die Flocken im Submikronbereich liegen, sollten sie funktionieren. Der beste Weg, dies herauszufinden, ist, sie einfach in einem Instrument auszuprobieren. Wenn Sie keinen Zugang zu einem haben, senden Sie uns einige Proben zur kostenlosen Analyse.

Q: Bei einigen meiner Analysen sind die Werte im Intensitätsmodus fast 2-mal höher als im Zahlenmodus, warum und welche Werte sind korrekt?
A: Wenn die Ergebnisse von guten Daten stammen (das heißt, wenn der Datenqualitätsbericht der Größe keine Beschwerden hat) und wenn diese reproduzierbar sind, dann ist dies durchaus möglich. Der Grund ist wahrscheinlich eine breite Verteilung, die durch Zahl immer bei einem kleineren Mittelwert liegt als ihr Mittelwert durch Intensität. Für eine detailliertere Diskussion lesen Sie diesen Blog über Intensitäts- und Zahlverteilungen.

Q: Wie korrelieren Sie den Radius of Gyration zum hydrodynamischen Radius?
A: Der Radius of Gyration oder Rg ist ein anderer Parameter, der ein Nanopartikel oder Molekül charakterisiert. Rg ergibt sich aus der statischen Streuung als Funktion des Winkels; es ist der effektive „gemittelte quadratische Massenradius“. In vielen Fällen ist diese Größe kleiner als der hydrodynamische Radius Rh. Für kugelförmige Objekte gilt Rg = 0,78 * Rh, siehe diese Diskussion über Rh vs Rg.

Q: Welches Ergebnis können Sie erwarten, wenn Sie Toluol analysieren?
A: Toluol ist ein flüssiger Kohlenwasserstoff [Mw= 92g/mol], der als Lösungsmittel verwendet wird, das vergleichsweise einfach sauber zu halten ist. Aufgrund seines hohen Molekulargewichts (im Vergleich zu Wasser) ist es ein guter Streuer, und dies macht es zu einem perfekten Standard für Experimente mit statischer Lichtstreuung. Wenn es in den Zetasizer eingesetzt wird, liefert die gemessene Streuintensität ein hervorragendes Maß für die Gesamtempfindlichkeit und Gesundheit des Systems. Als letzte Qualitätskontrolle wird die Toluolzählungsrate jedes Zetasizers vor Verlassen der Fabrik aufgezeichnet, sodass man durch den Vergleich mit dieser Zahl beurteilen kann, ob das System immer noch so gut funktioniert wie bei seiner Herstellung. Eine typische Toluolzählungsrate für ein Rückstreu-System sollte über 150 kcps, Kilo-Zählungen pro Sekunde, liegen. Eine reduzierte Toluolintensität deutet höchstwahrscheinlich auf eine reduzierte Laserleistung oder eine Fehlstrukturierung hin. Um eine Toluolmessung durchzuführen, wählen Sie eine Größenmessung, eine geeignete Glas- oder Quarzküvetten aus und zeichnen Sie die ‚partielle Ergebnisse‘ auf, d.h. erlauben Sie, Ergebnisse zu speichern, die nur Korrelation-Daten enthalten. (Wenn es Bedenken hinsichtlich von Kratzern an den Küvettenwänden gibt, können Sie die Messposition auf das Zentrum erzwingen, Messung-Erweitert-Positionierungsverfahren-Zentrum der Zelle (nur für klare Wassermuster).

Q: Was ist der Wellenvektor in DLS?
A: Der Streuvektor oder Wellenvektor wird durch die Gleichung gegeben
q = 4 * π * n * sin (θ/2) / λ
wo bei dem Beispiel einer Probe in Wasser der Brechungsindex n=1,33 ist, der Rückstreuwinkel θ = 173° beträgt und die Laserwellenlänge im Zetasizer Nano S λ = 632,8 nm ist.
Durch Einsetzen der Werte in die Gleichung finden wir q=0,026 1/nm für den Wellenvektor im Zetasizer Nano S. Für Vorwärtsstreuung 13° ergibt sich q~0,003 1/nm und für 90° Streuung q~0,019 1/nm.

q = 4 * pi * n * sin(θ/2) / λ, ungefähr ≈ 0,026 1/nm für den Zetasizer Nano in Rückstreuung.
Q: Ist Chi Quadrat in DLS dasselbe wie der Sum of Squares SOS Kumulante-Fit-Fehler?
A: Nein, Chi Quadrat und der SOS Kumulante-Fit-Fehler sind nicht dasselbe. Der Kumulante-Fit-Fehler ist die Summe der Quadrate der Abweichung zwischen den gemessenen Korrelationsfunktion-Werten M und den erwarteten Korrelationswerten des Fit F.

wobei die Summierung über alle angepassten „Kanäle“ der Korrelationsfunktion erfolgt. Bitte beachten Sie, dass dies nicht unbedingt mit der Anzahl der Kanäle der Korrelationsfunktion identisch ist, da einige frühe Kanäle (bei kurzen Verzögerungszeiten, aufgrund von Rauschen) und einige spätere Kanäle (bei längeren Verzögerungszeiten) möglicherweise im Fit ausgeschlossen werden. Die tatsächlich angepassten Kanäle werden im Kumulanten-Fit (M) Bericht dargestellt.

Q: Was ist mit der Charakterisierung von Nanoröhren? Können diese mit DLS gemessen werden?
A: Ja, sie können gemessen werden, wenn sie dispergiert sind. Für nicht-sphärische Streuobjekte gibt DLS den korrekten Diffusionskoeffizienten an. In den meisten Fällen möchten die Benutzer dies in eine Größe umrechnen, was die Größe einer äquivalenten Kugel wäre, die sich mit demselben Diffusionskoeffizienten bewegt. Dies funktioniert für den z-Durchschnitt, und wenn die Abmessungen eines Stabs bekannt sind, ist es möglich, die erwartete hydrodynamische Größe zu berechnen (über Perrin-Formfaktor, siehe zum Beispiel FAQ Können Sie Forminformationen von DLS erhalten). Aufgrund der Nicht-Sphärizität wird der pdI oder Polydispersität höher sein als der pdI einer Probe mit nur Kugeln äquivalenter Größe. Dies liegt daran, dass sich Stäbe schneller entlang einer Achse als entlang der anderen bewegen. In extremen Fällen kann der Distributionsalgorithmus sogar zwei Peaks anzeigen: Einen, der ungefähr dem kleineren Stabdurchmesser entspricht, und den anderen für eine äquivalente Gesamt-Kugelform. Sie könnten auch das Poster „Bestimmung des Seitigkeitsverhältnisses von Metallkolloid-Scheiben aus Doppelkarten-DLS-Messungen“ von Interesse finden.

Q: Was ist mit Zeta-Potenzialmessungen von Nanotubes, gibt es auch einen Fehler?
A: Ja, das Zeta-Potenzial kann von Nanopartikeln gemessen werden. Bei Nanoröhren kann dies etwas kniffliger sein, wenn sie in einem Medium mit geringem Dielektrizitätskonstanten ausgesetzt sind. Die Form selbst ist kein Hindernis für elektrophoretische Lichtstreuung, obwohl sie zu einer etwas breiteren Verteilung führen kann als bei gleichwertigen sphärischen Partikeln.

Q: Gibt es eine Möglichkeit das Material auf einer Berichtseite anzuzeigen? Standardmäßig wird der Probenname angezeigt, jedoch nicht das Material.
A: Ja, es ist möglich, jeden Parameter auf einer Berichtseite anzuzeigen; insbesondere kann das Material dem Bericht hinzugefügt werden. Dies geschieht im Report-Designer (die Hilfe befindet sich im Handbuch, Tools-Report-Designer), indem Sie eine Kopie des Berichts öffnen, den Sie bearbeiten möchten. Speichern Sie ihn unter einem neuen Namen. Fügen Sie dann den Parameter hinzu, der unter SOP Material – Material-Name aufgeführt ist. Berichte haben Bildschirm- und Druckansichten, dies muss also in beide Versionen kopiert werden. Überprüfen Sie das Handbuch oder fragen Sie beim Helpdesk nach Unterstützung.

Q: Für die QC-Analyse, was ist besser – Nanotracking oder DLS? Da ich für Untersuchungszwecke auf Basis von Nanopartikeln mehr mit NTA oder SEM vertraut bin.
A: Für die QC-Analyse ist DLS die häufigere Lösung. Genauer gesagt werden die mittlere Größe oder die z-Mittelgröße und der gesamte Polydispersitätsindex für Qualitätskontrolle/Datakonsistenz-Typ von Messungen verwendet. DLS sammelt das Streusignal von wesentlich mehr Partikeln als NTA und eignet sich daher, um statistisch verlässliche Ergebnisse in viel kürzerer Zeit zu liefern.

Q: Welcher Brechungsindex wird normalerweise für die Analyse von Fullerennanopartikeln verwendet?
A: Für z-Durchschnitt, pdI und Intensitätsverteilung ist überhaupt kein Brechungsindex der Absorption erforderlich. Ja, die Software wird danach fragen, aber das ist nur so, dass eine Volumen- und Zahlverteilung daraus berechnet werden kann. Wenn diese zwei abgeleiteten Verteilungen erforderlich sind, würden die Werte nur wichtig sein, wenn die Größe größer als 100 nm ist (siehe vorherige Diskussion über welchen Brechungsindex zu wählen.

Q: Hallo, wie können Sie Nanopartikeln behandeln, die sich während der Messungen aggregieren?
A: Wenn sich die Partikel während der Messung aggregieren, dann wäre es das Beste, manuelle Einzelmessungen durchzuführen, mit kürzerer Dauer (versuchen Sie es mit 5 Sekunden) und den Trend dieser zu betrachten. Es wird einige statistische Variation im Ergebnis geben, aber es sollte möglich sein, die durchschnittliche Größe und ihr Wachstumsverhalten aus den beobachteten Größenänderungen abzuleiten. Wenn die Probe sehr instabil ist und sich zu schnell aggregiert, versuchen Sie eine andere Vorbereitung, Sonikierung, pH, Additive, Tensid, Zentrifugation, Filtration – aber im Wesentlichen sagt Ihnen die Lichtstreuung: diese Probe neigt dazu, Agglomerationen zu bilden, anstatt in Lösung dispergiert zu bleiben.

Q: Wo kann ich das Handbuch finden, um ein SOP für eine bestimmte Probe zu schreiben?
A: Das war einer der Tipps: das Handbuch ist auf dem Computer als PDF installiert. Gehen Sie zu Start – Programme – Malvern Instruments – Zetasizer Software – Handbücher und öffnen Sie das Zetasizer Nano Benutzerhandbuch. Durchsuchen Sie das PDF mit Strg-F oder gehen Sie direkt zu Kapitel 3 – SOP-Messung durchführen.

Q: Wie viel Probenvolumen wird im Zetasizer Nano benötigt
A: Das hängt vom Modell ab. Für den Zetasizer microV sind es 2 μL, für die Zetasizer Nano Serie 12 μL, und für den automatisierten Zetasizer APS 20 μL.

Q: Warum würde das Messen eines Lösungsmittels, wie PBS, allein Daten liefern, die auf das Vorhandensein von Partikeln hinweisen?
A: Das PBS selbst sollte keine Partikel enthalten. Was passieren kann, ist, dass es zufällige gelegentliche Ausschläge gibt, die wie eine Größenverteilung erscheinen können, aber beim Überprüfen des Qualitätsberichts der Größe wird klar der Hinweis erscheinen, dass dies keine verlässlichen DLS-Daten sind. Mit anderen Worten, die Statistik von allem, was an Größe erhalten wurde, ist nicht wirklich ein verlässliches Maß der Größe. Wenn keine solche Fehlermeldung vorhanden ist und eine echte Korrelationsfunktion vorliegt, dann könnten Partikel im Puffer tatsächlich vorhanden sein. Überprüfen Sie das Wasser alleine, filtern Sie den Puffer, die Zählrate der Probe sollte ~50 kcps betragen, definitiv unter 100 kcps. Wenn sie viel höher ist, dann sind die Partikel echt und entweder auf die Probe (d.h. im Puffer) oder die Küvette zurückzuführen. Wahrscheinlich jedoch zeigt die Korrelationsfunktion intermittierende Sprünge und insgesamt eine flache Linie, in diesem Fall ist die beobachtete „Größe“ wirklich nur Rauschen.

Q: In Bezug auf Nanoröhren, sehen Sie möglicherweise auch einen Peak aufgrund der Rotationsdiffusion?
A: Ja, die Möglichkeit besteht. Höchstwahrscheinlich ist der kleinere Größen-Peak jedoch auf den kleineren Durchmesser der Röhren zurückzuführen. Nebenbei bemerkt, einige kolloidale Goldnanopartikel können einen künstlich kleinen Größenpeak aufgrund der Rotation zeigen. Einige Details werden auch im Rotational Diffusion and Results From DLS Measurements-Dokument von Malvern diskutiert.

Q: Was ist mit der Zeta-Potentialmessung von Nanotubes, gibt es auch einen Fehler?
A: Die Messung der Zeta-Potential- oder elektrophoretischen Mobilität ist typischerweise größenunabhängig, und es sollte kein Fehler auftreten, abgesehen von der Tatsache, dass der Zeta-Abweichungsparameter über der von ähnlich geladenen monodispersen Kugeln liegen kann.

Q: Toluol ist an sich kein Kolloid, warum streut es also Licht?
A: Toluol besteht aus Molekülen, die eine Polarisierbarkeit haben. Diese Moleküle werden Licht streuen, nur ein wenig, aber genug, um es zu erkennen. Wasser streut ebenfalls Licht (aber weniger, weil sein Molekulargewicht kleiner ist.) Analogerweise ist dies der Grund, warum der Himmel blau ist: Lichtstreuung durch kleine Luftmoleküle in der Atmosphäre.

Q: Die Intensitätsgröße und der pdI ändern sich normalerweise mit der Zählrate, wie bestimmen Sie die richtige Zählrate für Ihre Partikel?
A: Nach unserer Erfahrung ist es ziemlich ungewöhnlich, dass sich die Größe und der pdI mit der Zählrate ändern. Der Grund für eine scheinbare Änderung könnte höchstwahrscheinlich sein, dass der Detektor über seinen linearen Bereich hinaus betrieben wird. Wenn die Zählrate des Detektors zum Beispiel über 1000 kcps liegt, beeinflusst dies die Korrelationsfunktion, da die APD nicht in der Lage ist, mit allen Photonen Schritt zu halten. Im automatischen Modus sollte diese Situation niemals auftreten, da die Software versucht, die Zählrate zwischen 100-500 kcps zu halten.

Q: Ich bin neu mit dem Zetasizer-Instrument. Ich habe einen Test mit dem Zeta-Potenzial-Transferstandard durchgeführt, um sicherzustellen, dass unser Ergebnis im Bereich des Etikettstandards liegt. Aber ich weiß nicht, wo ich in der Software nachsehen muss, um das Ergebnis anzuzeigen (und es zu versenden, falls ich möchte), wenn ich den Test beendet habe
A: Der beste Ausgangspunkt könnte der Quick-Start-Guide sein, der auf Ihrem Computer unter Start – Alle Programme – Malvern Instruments – Zetasizer – Handbücher – Zetasizer Quickstart Guide verfügbar ist. Dies ist ein PDF-Dokument, das in Teil 3 „Andere Messungen durchführen – Einführung“ beschreibt, wie Sie das gerade erhaltene Ergebnis sehen. Kurz gesagt, gehen Sie zur Zusammenfassung der Datensätze (dies ist der Standard) und wählen Sie den Intensity PSD (M) Bericht-Tab, um die wichtigsten Zahlen für Ihre Messung zu sehen. Wenn das noch keinen Sinn macht, senden Sie uns die Datei, und wir helfen Ihnen dabei. Es scheint auch, dass der Zetasizer E-Learning-Kurs perfekt wäre, wo diese Konzepte ausführlich eingeführt werden. Wenden Sie sich an den Helpdesk für den Zugang.

Q: Wie steht es mit Nanoprismen mit DLS? Da ich verstehe, dass es nur für Nanosphären gedacht ist
A: DLS kann mit jedem Formmaterial arbeiten, das diffundiert. In der dynamischen Lichtstreuung wird der transversale Diffusionskoeffizient durch Beobachtung der Intensitätsschwankungen einer Probe erhalten. Wenn diese Nanoprismen in Lösung sind und diffundieren, sollte der Zetasizer in der Lage sein, Ihnen den Diffusionskoeffizienten anzugeben, und es wird auch die Größe einer hypothetischen Kugel berechnen, die sich mit demselben Diffusionskoeffizienten bewegt. Das sollte im Allgemeinen funktionieren, es sei denn, die Probe ist so aggregiert, dass nur große Agglomerate (und keine der kleineren Nanopartikel) im Streusignal erscheinen. Es gibt keinen Schaden, eine Küvette mit Ihrer Probe in das System zu stellen und zu sehen, was DLS findet. Probieren Sie es aus, und wenn es Schwierigkeiten bei der Dateninterpretation gibt, kontaktieren Sie uns.

Q: Ist DLS geeignet für die Messung von Quantenpunkten?
A: Ja, DLS kann verwendet werden, um die Größe von Quantenpunkten zu bestimmen. Bitte sehen Sie sich diese Anwendungsnotiz an, die Daten von sowohl DLS als auch ELS auf Quantenpunktenproben zeigt. Die einzige mögliche Komplikation für DLS könnte Fluoreszenz sein, die sich als sehr geringer Schnittpunkt in der Korrelationsfunktion zeigen würde (und auch im Größenqualitätsbericht gekennzeichnet würde). In Fällen, in denen inkohärentes, fluoreszierendes Licht stört, kann ein optionaler schmalbandiger Filter zum System hinzugefügt werden, um den Effekt zu überwinden. Für einen allgemeinen DLS-Überblick gibt es ein Whitepaper mit dem Titel „Anwendung der dynamischen Lichtstreuung (DLS) in der Formulierung von Therapeutika: Prinzipien, Messungen und Analyse – 4. FAQs“ mit nützlichen Details.

Q: Wie viel größer ist der hydrodynamische Durchmesser im Vergleich zum „trockenen“ Durchmesser?
A: Dies ist ziemlich schwierig zu beantworten. Für feste Nanopartikel könnte es wirklich nahe sein, für Partikel mit polymeren Schalen oder solchen mit sterischer Stabilisierungsschicht könnte es mehrere Nanometer sein. Nur zur zusätzlichen Information, bitte beachten Sie auch, dass der „trockene Durchmesser“ wahrscheinlich mit einer Technik erhalten wurde, die die Zahlverteilung liefert und daher beim direkten Vergleich mit Intensitäts-DLS-Daten künstlich in Richtung kleinerer Größen verzerrt erscheinen könnte, daher achten Sie darauf, Zahlverteilung mit Zahlverteilung zu vergleichen.

Q: Können Sie einen Kommentar zur 4F+MALLS-Technik abgeben? Ist sie genauer?
A: Wenn Lichtstreuung mit einer Trenntechnik wie der Feldflussfraktionierung kombiniert wird, wird die Auflösung der erhaltenen Verteilung gegenüber der alleinigen Verwendung der Lichtstreuung verbessert. MALLS liefert ein durchschnittliches Gesamtmolekulargewicht der Probe im Detektionsvolumen. MALLS allein wird nur ein durchschnittliches Molekulargewicht (und Rg) liefern, daher wird es meist mit einer Trenntechnik wie FFF oder GPC oder SEC kombiniert. DLS allein wird sowohl eine durchschnittliche Gesamtgröße als auch eine Verteilung liefern, jedoch ist die Auflösung dieser Verteilung nicht perfekt. Die Kombination einer Trenntechnik mit DLS wird daher auch die Auflösung gegenüber normalem Batch-DLS verbessern. Der 4F wird die höhere Auflösung bieten, jedoch um die Verteilung zu messen, sind entweder 4F+MALLS oder 4F+DLS erforderlich – und die beiden Techniken messen unterschiedliche Parameter: MALLS ist für das Molekulargewicht, DLS ist für die hydrodynamische Größe.

Q: Wenn Sie die DLS-Titration durchführen, ist es besser, die Intensität (kcps) vs. pH oder Z-Ave vs. pH zu verfolgen?
A: Das Schöne ist, dass beide Parameter während des Laufs aufgezeichnet werden, sodass sie mit einer Titration und ohne Wiederholung der Messung ermittelt werden können. Beide Parameter können nützlich sein und sie erzählen Ihnen leicht unterschiedliche Dinge. Zum Beispiel, wenn die Streuintensität zunimmt, könnte dies potenziell auf zwei verschiedene Wege zurückzuführen sein: entweder auf Aggregation oder eine Zunahme vorhandener Partikel. Wenn man sich den z-Mittelwert ansieht, könnte man der Lösung näherkommen: Wenn die Größe zunimmt → es ist Aggregation. Wenn die Größe konstant bleibt → irgendwie erhöht der Prozess die Anzahl der Partikel (oder ändert die Streueigenschaften der vorhandenen Partikel signifikant). Die Intensität ist also das Ergebnis sowohl der Konzentration als auch der Größe der Partikel, während DLS sich ausschließlich auf die Größe konzentriert.

Q: Wie kritisch sind Konzentrationsgrenzen von Nanopartikeln für die Qualität der Ergebnisse?
A: Wenn Nanopartikel nicht interagieren, sollte die Konzentration überhaupt keine Rolle spielen. Ab einem hohen Konzentrationspunkt könnte ein Effekt namens Vielfachstreuung auftreten, jedoch wird dieser bei Rückstreu-Optik minimiert. Ab einem niedrigen Konzentrationspunkt wird es überhaupt nicht genug Signal geben, um das Streuen von den Nanopartikeln über das zufällige Rauschen des Lösungsmittels hinaus zu erfassen. Die Theorie zur Interpretation von DLS-Daten basiert auf der Annahme einer unendlichen Verdünnung, daher sollten Sie, wenn Sie Zweifel haben, eine Verdünnungsreihe von Messungen durchführen und sicherstellen, dass sich die Größe nicht ändert, mindestens sollte es ein asymptotisches Verhalten für niedrige Konzentrationen geben.

Q: Da die EU die Definition von Nanomaterialien als Verteilung der Anzahl von Partikeln unter 100 nm definiert hat, glauben Sie, dass die mathematische Umwandlung von Intensität zu Anzahl zur Klassifizierung des Nanomaterials akzeptabel ist? Oder ist es notwendig, andere Methoden wie NTA oder SEM zu verwenden, um die Häufigkeit in Zahlen zu erhalten?
A: Die Empfehlung der EU-Politik besagt, dass die Zahlverteilung ein Schlüsselparameter ist und ein typisches Nanomaterial mehr als 50 % Partikel nach Anzahl unter 100 nm haben würde. DLS misst von Natur aus Intensität, die in Anzahl umgewandelt werden kann. Es kann jedoch Situationen geben, in denen die Intensität von größeren Partikeln das Signal von kleineren Nanopartikeln überschattet: Wenn DLS (und die daraus abgeleitete Zahlverteilung) das Vorhandensein von Nanomaterial gemäß der Definition zeigt (d.h. mehr als 50 %), dann sollte dies unterstützende Beweise sein. Wenn DLS (und die daraus abgeleitete Zahlverteilung) das Nichtvorhandensein von Nanomaterial gemäß der Definition zeigt, dann ist dies jedoch kein hinreichender Beweis dafür, dass kein Nanomaterial vorhanden ist. Um das Fehlen von Nanomaterial nachzuweisen, wäre eine von Natur aus zahlenbasierte Technik wie NTA besser geeignet. Es gibt ein aufgenommenes Webinar zur Überprüfung der Nanomaterialgesetzgebung und der Charakterisierungsmethoden zur Bewältigung dieser Herausforderungen.

Q: Wie genau ist die Volumen-PSD für Kolloide aus schwarzem Material wie Metall oder Eisenoxid, und wie wichtig ist es, den Material-RI und die Absorption zu kennen?
A: Wenn die Brechungsindex-Eigenschaften bekannt sind, sollte die Volumenverteilung ziemlich genau sein. Wiederholen Sie die Messung mehrmals, um zu beobachten, wie robust die Volumenverteilung aus den verschiedenen Messungen ist. Wenn die Kolloide meist unter 100 nm liegen, könnte der Brechungsindex möglicherweise nicht so stark beeinflussen, wie man denken könnte. Die einfachste Methode, dies zu überprüfen, ist das Bearbeiten einer Datendatei und das Ausprobieren eines Sets von Brechungsindex- und Absorptionswerten, um den Effekt zu beobachten, den dieses auf die berechnete Volumenverteilung hat. Gelegentlich kann der automatische Positionierungsalgorithmus in der Rückstreuung durch das Vorhandensein einer Absorption „verwirrt“ werden. [Dies liegt daran, dass eine niedrigere Streuintensität entweder durch einen Beitrag von Vielfachstreuung oder einen Beitrag von Absorption verursacht wird. Der typische Fall ist die Vielfachstreuung, daher nimmt der Algorithmus an, dass Vielfachstreuung in der Probe vorhanden ist und optimiert sich dann nahe an die Zellwand. Sie können dies überprüfen, indem Sie wiederholte Einzelmessungen durchführen und die Messposition beobachten. Wenn die Position nahe an der Wand liegt und variiert, zum Beispiel zwischen 0,65 mm/0,85 mm/1,25 mm ohne Trend, kann der Positionierungsalgorithmus möglicherweise diese absorbierende Probe nicht richtig behandeln.] In solchen Fällen können Sie dennoch zuverlässige Ergebnisse erhalten, indem Sie entweder Ihre Probe verdünnen oder die Messung auf eine feste Messposition (d.h. der Mitte) erzwingen oder beides.

Q: Haben Sie jemals die Größe von Unterpartikeln in Plasma festgestellt?
A: Wenn das Plasma etwas von großem Zellschutt gereinigt ist, kann es möglich sein, Informationen über kleinere Partikel zu erhalten. Es gibt jedoch eine Reihe verschiedener Komponenten im Plasma, die es ziemlich schwierig machen, spezifische Beiträge zu identifizieren. Eine zahlenbasierte Technik wie NTA erlaubt die fluoreszierende Markierung spezifischer Unterabschnitte, und dies könnte der gezieltere Ansatz sein. Es wäre möglich, einfach eine Probe in den Zetasizer zu geben, um Ihre Plasma-Vorbereitung zu testen. Im automatischen Modus wird die Software ihr Bestes tun, um zu messen (aber es könnte einfach zu breit sein und nicht für DLS geeignet).

Q: Was bedeutet die Partikelabsorption in den Materialeigenschaften?
A: Die Absorption ist der imaginäre Teil des komplexen Brechungsindex. Für viele Materialien ist dieser Parameter vernachlässigbar und einige Werte sind in dieser Tabelle von Nanomaterial-Brechungsindexwerten aufgelistet.

Q: Können Sie erklären, warum ein Ergebnis, das einen Peak anzeigt, einen anderen Spitzendurchschnitt haben kann als den Gesamtdurchschnitt?
A: Ja, das kann passieren, weil unterschiedliche Anpassungsalgorithmen in den beiden Fits verwendet werden. Meistens wird der Gesamtdurchschnitt etwas kleiner sein, was darauf zurückzuführen ist, dass der gesamte Z-Durchschnittsfit durch eine ISO-Norm definiert ist, um mehr des anfänglichen Abfalls der Korrelationsfunktion einzuschließen. Andere Fälle können jedoch auch auftreten, und Sie könnten es nützlich finden, die detaillierte Erklärung anzuschauen.

Q: Angenommen, es handelt sich um eine monodisperse Probe, würden Sie jemals erwarten, unterschiedliche z-Durchschnitte beim Vergleich von Intensitäts-, Zahl- und Massendispersionen zu sehen?
A: Nein. Der z-Durchschnitt wird aus der Analyse der Streuintensität nur für die Intensität definiert. Wenn man den z-Durchschnitt in Malvern-Berichten vergleicht, sollte der wahre z-Durchschnitt nur in den Berichten zu Intensität, Volumen und Zahlverteilung zu finden sein. Diese sollten der gleiche Wert in den verschiedenen Berichten von demselben Datensatz sein. Nur zur Klarstellung, wenn Ihre Frage zu Spitzenmittelwerten war, wie in: „Angenommen, es handelt sich um eine monodisperse Probe, würden Sie jemals erwarten, unterschiedliche Spitzenmittelwerte beim Vergleich von Intensitäts-, Anzahl- und Massendispersionen zu sehen?“ dann lautet die Antwort ja. Der Spitzenmittelwert wird für die unterschiedlichen Dispersionen unterschiedlich sein.

Ressourcen

• Fordern Sie eine Demonstration von DLS an Ihrem Standort an
• Laden Sie das neueste Software-Update der Zetasizer-Familie herunter
• Spielen Sie das Webinar erneut ab: Charakterisierung der Nanopartikelgröße: Tipps und Tricks

Zuvor

• FAQ: Spitzengröße oder z-Durchschnitt – welches ist bei DLS auszuwählen?
• Größenausschlusschromatographie (SEC): wann MALS verwenden
• Welche Größe ist richtig: Intensitäts-, Volumen-, Zahlenverteilungen

Wenn Sie Fragen haben, senden Sie mir bitte eine E-Mail an ulf.nobbmann@malvernpanalytical.com. Danke!

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