¿Qué es el índice de polidispersidad (PDI) en la dispersión de luz dinámica (DLS)?

El término índice de polidispersidad PDI, polidispersidad (o más recientemente, de acuerdo con la recomendación de IUPAC, dispersidad sin polímeros) se utiliza para describir el grado de «heterogeneidad» de una distribución. En el campo de la caracterización molecular/nano, el término polidispersidad puede tener varios significados dependiendo del contexto de uso según el principio de las propiedades básicas.

En la química de polímeros, la cromatografía de permeación de gel (GPC) y cromatografía de exclusión por tamaño (SEC) definen la polidispersidad como el cociente entre el peso molecular promedio ponderado y el peso molecular promedio numérico (Mw/Mn), y se utiliza para proporcionar a los investigadores una idea sobre el ancho o la extensión de la distribución del peso molecular. Similar pero no idéntico en significado, en el campo de la dispersión de luz, la polidispersidad se utiliza para describir el ancho de la distribución del tamaño de partículas.

La distribución del tamaño de las moléculas o partículas en la dispersión de luz dinámica (DLS) es una propiedad de interés.

Aquí, la distribución describe cuánto material hay en «rebanadas» de diferentes tamaños. En DLS, la distribución básica es la distribución de intensidad que indica cuánta luz se dispersa en «rebanadas» o «bins» de diferentes tamaños.

El tamaño promedio y la desviación estándar desde ese promedio se pueden obtener directamente de las estadísticas de la distribución. Aquí, la desviación estándar (absoluta) de la distribución (o «ancho a media altura») se puede comparar con el promedio, y se puede obtener la polidispersidad relativa = desviación estándar/promedio.

Históricamente, en lugar de exigir una distribución completa, se usó un método de ajuste de un solo índice más simple (método acumulativo) para encontrar el tamaño promedio total (por intensidad) y la polidispersidad total (segundo cúmulo normalizado).

En una distribución gaussiana teórica, la polidispersidad total es la polidispersidad relativa de la distribución. Tradicionalmente, esta polidispersidad total se transformó en el índice de polidispersidad total PDI, que es el cuadrado de la polidispersidad de dispersión de luz. En una muestra perfectamente uniforme, el PDI es 0.0.

Los valores para varios grados de dispersión se enumeran en la tabla a continuación.

¿Se puede calcular el valor del PDI excluyendo un pequeño pico de aglomeración?

Por ejemplo, cuando la especie principal de partículas es ~100nm y hay una pequeña contribución (2% por intensidad) en el pico de 5 micrones. En este caso, se pueden recalcular el z-promedio y el PDI despreciando el pico de 5 micrones.

¿O se puede determinar el PDI solo para la especie más pequeña? El z-promedio enfatiza el peso hacia el componente más pequeño.

Esto se debe a que el ajuste se hace solo en la parte inicial de la función de correlación. Al calcular el z-promedio según el procedimiento ISO, el ajuste de la función de correlación se extiende hasta el 10% inicial. Por lo tanto, el pico de 5 micrones puede contribuir muy poco al z-promedio total y es bastante probable que lo haga.

¿Se pueden ignorar picos en el cálculo del PDI?

Si desea reprocesar los datos para ignorar completamente el pico de 5 micrones, puede usar software de investigación para cambiar el número total de puntos de datos (canales) utilizados en el ajuste para lograrlo.

Si el ajuste se hace solo al 10% del intercepto y la normalización ya no muestra el pico de 5 micrones, entonces el z-promedio no incluirá el pico de 5 micrones, lo que también es consistente con el protocolo ISO.

Sin embargo, si el pico de 5 micrones todavía existe y desea que desaparezca, puede reducir el rango de ajuste a canales más bajos. Puede hacerlo hasta el 50% del intercepto o hasta que desaparezca. Sin embargo, ¡esto ya no es un ajuste acumulativo conforme a ISO! En su lugar, esto sería un PDI «especial». Si se ajusta a la situación, ya no se sigue el procedimiento acumulativo oficial de ISO.

En relación con el índice de polidispersidad PDI para picos individuales, esto es mucho más simple y no requiere reanálisis: al mostrar la distribución del tamaño de partículas por intensidad, cada pico se presenta junto con su promedio y desviación estándar. El PDI para este pico es el cuadrado de la desviación estándar dividido por el cuadrado del promedio. Por ejemplo, supongamos que un pico tiene un tamaño promedio de 9.3nm y un desvío estándar de 4.4nm. En consecuencia, el PDI para este pico sería 4.4*4.4/(9.3*9.3) = 0.22.

Material de lectura adicional

Significado del PDI

Dispersión de luz dinámica – Definiciones de términos más comunes