Método de Medición de Muestras Estándar de Dispersión de Luz Dinámica-2: Comparación de Tamaños de TEM y DLS

Medición de Estándares de Látex

                                Por Dispersión de Luz Dinámica

Comparación de tamaños medidos por TEM y DLS

Diferentes técnicas de medición medirán diferentes propiedades de una partícula y pueden dar resultados diferentes en términos del tamaño interpretado de la propiedad medida.

Por lo tanto, la pregunta que a menudo surge es, ¿cuál de los resultados es el correcto? Para muchas personas, ‘ver es creer’, por lo que el resultado de microscopio electrónico es ‘correcto’. En realidad, las muestras preparadas para examinación por microscopio electrónico son a menudo tratadas severamente y este tratamiento puede distorsionar materiales blandos como las rejillas de polímero y cambiar, o enmascarar, estructuras superficiales.

Esto puede hacer que la medición del tamaño de algunos tipos de materiales como micelas de surfactantes sea imposible. En contraste, el DLS mide el diámetro hidrodinámico de partículas dispersas en su entorno nativo.

Cualquier estructura superficial, como una capa de polímero adsorbido, o un cambio en la doble capa eléctrica que afecta el movimiento browniano de la partícula, cambiará el tamaño efectivo de la partícula [5].

Aumentar la estructura superficial o extender la doble capa eléctrica usando un dispersante de muy baja salinidad, reducirá el movimiento browniano y aumentará el tamaño medido. Por estas razones, el tamaño hidrodinámico o el tamaño de DLS de partículas que no son esferas duras y lisas suele ser mayor que el tamaño de TEM.

Preparación de Muestras Estándar de Látex para Medición DLS

Para instrumentos con un ángulo de detección de 90o (por ejemplo, Zetasizer Nano S90, μV o APS), todos los estándares de látex se suministran a una concentración que es demasiado alta para la medición DLS, típicamente 1% p/v. Una muestra demasiado concentrada producirá dispersión múltiple, lo que resulta en un tamaño aparente demasiado pequeño. Por lo tanto, la dispersión de látex debe diluirse con 10mM NaCl como se ha discutido previamente, que ha sido filtrado a 0.2 micrones.

Para instrumentos de detección de retrodispersión que tienen posiciones de medición variables (por ejemplo, Zetasizer Nano S o ZS), las mediciones son posibles en concentraciones puras de látex. La reducción de la longitud del camino resultante de la posición de medición variable resulta en una reducción de la dispersión múltiple.

Sin embargo, la concentración final de cualquier látex utilizado debe ser tal que el resultado sea independiente de la concentración real [2,3] siendo la concentración óptima dependiente del tamaño del látex.

Se prepararon y midieron varios estándares de tamaño de las series Thermo Scientific Nanosphere 3000, 2000 y 4000 en una gama de instrumentos Zetasizer para esta nota de aplicación. Algunos de estos estándares se midieron en concentración pura, otros se diluyeron en 10mM NaCl y otros se prepararon en solución de sacarosa al 13% p/v.

La densidad de las esferas de látex de poliestireno es cercana a la de una solución de sacarosa al 13% p/v y reduce los problemas de sedimentación del látex. La concentración y diluyente utilizados para los diversos estándares de látex utilizados en esta nota de aplicación se muestran en la Tabla 1.

Resultados y Discusión La Tabla 1 resume los resultados obtenidos para varios estándares de látex medidos por DLS. La tabla incluye detalles del látex utilizado (con el número de parte de Thermo mostrado entre paréntesis), el rango de tamaño certificado (#) o hidrodinámico (*), la concentración a la que el látex fue medido, el diluyente utilizado para la preparación, el instrumento en el cual se realizaron las mediciones y los diámetros promedios z obtenidos para cada látex.

Todos los estándares disponibles de Thermo tienen un rango de tamaño certificado pero algunos también tienen rangos de tamaño hidrodinámico citados. El rango de tamaño certificado (#) se obtiene usando microscopía electrónica de transmisión y es rastreable a NIST. El rango de tamaño hidrodinámico (*) se determina por DLS.

Los resultados muestran que hay un amplio rango de concentración sobre el cual se pueden medir los estándares de látex. La detección por retrodispersión usada en el Zetasizer Nano permite medir algunas muestras de látex en concentración pura, es decir, 1% p/v. A medida que el tamaño de las partículas de látex aumenta, el problema de las fluctuaciones en el número y la sedimentación se vuelven importantes.

Durante una medición DLS la intensidad de la luz dispersada fluctúa debido al movimiento browniano de las partículas. La intensidad de dispersión es proporcional a la concentración de la muestra por lo que el número de partículas dentro del volumen de dispersión debe permanecer constante durante el curso de la medición. Sin embargo, a medida que el tamaño de la partícula aumenta, el número de partículas en el volumen de dispersión disminuye hasta que ocurren severas fluctuaciones en el número momentáneo de partículas en el volumen de dispersión.

Las fluctuaciones en el número se definen como variaciones en el número de partículas dentro del volumen de dispersión durante el curso de una medición DLS. Para evitar las fluctuaciones en el número, la concentración de la muestra debe incrementarse.

Sin embargo, esto incrementará los efectos de dispersión múltiple que a su vez influirán en el resultado obtenido. La detección por retrodispersión, combinada con una posición de medición variable, permite medir concentraciones más altas de muestras evitando así problemas de fluctuación en el número. Las fluctuaciones en el número normalmente se manifiestan por líneas base elevadas y fluctuantes en las funciones de correlación.

Un segundo problema al medir partículas de gran tamaño por DLS es el de la sedimentación. Todas las partículas sedimentarán y la velocidad dependerá del tamaño de la partícula y de las densidades relativas de las partículas y el medio de suspensión. Para DLS, la velocidad de sedimentación debería ser mucho más lenta que la velocidad de difusión. Las partículas de gran tamaño difunden lentamente por lo que la sedimentación es un problema más importante.

La presencia de sedimentación puede determinarse verificando la estabilidad de la tasa de conteo a partir de mediciones repetidas de la misma muestra.

Tasas de conteo que disminuyen con mediciones sucesivas indican que hay presencia de sedimentación y el sistema de Consejos de Expertos en el software Zetasizer resaltará esto al usuario.

Puede ser ventajoso suspender las partículas en un medio de densidad similar si la viscosidad no aumenta significativamente. Para las mediciones de látex de 3, 6 y 8.9μm en esta nota de aplicación, las muestras se prepararon en sacarosa al 13% p/v, que tiene la misma densidad que el látex.

Los resultados obtenidos para las rango de tamaño esperado usando la técnica de DLS. Se midieron en concentraciones entre 0.15 y 0.24% p/v. Estos resultados confirman que los efectos de dispersión múltiple fueron minimizados usando detección por retrodispersión y que las fluctuaciones en el número y la sedimentación no influyeron en los resultados obtenidos.

Referencias
[1] R. Pecora (1985) Dispersión de LuzDinámica: Aplicaciones de la Espectroscopíade Correlación de Fotones. PlenumPress, Nueva York.
[2] Norma Internacional ISO13321(1996) Métodos para la Determinación deDistribución del Tamaño de Partículas Parte 8:Espectroscopía de Correlación de Fotones.Organización Internacional paraEstandarización (ISO).
[3] Norma Internacional ISO22412(2008) Análisis del Tamaño de Partículas:Dispersión de Luz Dinámica (DLS).Organización Internacional paraEstandarización (ISO).

[4] Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (www.nist.gov).
[5] R.S. Chow y K. Takamura (1988) J. Colloid. Int. Sci, 125, 266.