De vuelta a lo básico de la difracción láser – Preguntas y respuestas de la Masterclass Parte 1

Gracias a todos los que asistieron a nuestra reciente serie de webinars sobre difracción láser utilizando la gama de instrumentos Mastersizer. Su participación y compromiso fueron realmente inspiradores, y estamos agradecidos por las excelentes preguntas que formularon durante las sesiones. En esta serie de blogs, abordaremos algunos de los temas clave planteados durante el webinar de vuelta a lo básico, proporcionando más información y aclaraciones para mejorar su comprensión. ¡Vamos a sumergirnos en la primera entrega de la serie de blogs de preguntas y respuestas!

Aclarando modelos ópticos y propiedades

En esta sección, exploramos el fascinante mundo de los modelos y propiedades ópticas. Sus preguntas destacaron la complejidad e importancia de entender cómo la luz interactúa con las partículas en difracción láser. Vamos a explorar estos conceptos más a fondo.

P – ¿Existen otros modelos ópticos como Mie o Fraunhofer?
P – ¿Dónde en el software podemos elegir el modelo óptico?

R – Dentro del software Mastersizer Xplorer tienes la opción de elegir entre dos implementaciones de la teoría de Mie (esférica o no esférica) o la aproximación de Fraunhofer. Se selecciona el modelo óptico a través de la sección ‘Tipo de Partícula’ de la medición y ajustes SOP como se muestra a continuación. 

P – ¿Tienen alguna solución para determinar las propiedades de refracción y absorción para partículas con estructuras químicas desconocidas?

R – Al analizar un material novedoso, recomendamos comenzar con una aproximación de las propiedades ópticas requeridas, el índice de refracción (RI) y el índice de absorción (AI). Esta primera aproximación puede basarse en amplias categorías de tipos de materiales, como se muestra en las tablas a continuación:  

Una vez que hayas realizado algunas mediciones utilizando estas propiedades ópticas aproximadas, puedes evaluar la idoneidad de tu elección de parámetros utilizando el informe de ajuste, los residuos y una evaluación visual de la distribución del tamaño de partículas. La herramienta Optical Property Optimiser permite a los usuarios probar rápidamente diferentes combinaciones de RI y AI para evaluar la sensibilidad del resultado a las propiedades ópticas. Para obtener más orientación sobre cómo elegir las propiedades ópticas más adecuadas, por favor consulta esta masterclass grabada.

P – ¿Qué valores de residuo consideraría apropiado para aceptar un resultado como correcto? Habitualmente, tenemos diferencias entre el residuo y el residuo ponderado.

R – Generalmente, se recomienda un residuo y un residuo ponderado por debajo del 1% y ambos residuos (ponderado y no ponderado) deberían generalmente estar dentro de un 0.4% entre sí. Esto refleja un buen acuerdo entre los datos medidos y los datos ajustados usando el modelo óptico. Sin embargo, hay circunstancias en las que será desafiante lograr valores cercanos o menores al 1%. Esto tiende a ser el caso cuando tenemos ruido en los detectores internos, lo cual puede resultar de tener distribuciones de tamaño muy estrechas (que abarcan mucho menos de una década de tamaño) y/o distribuciones submicrométricas. Obtener valores de residuo menores al 1% también puede ser un desafío cuando las partículas son fuertemente coloreadas, debido a sus complejas propiedades ópticas.

P – Mostró partículas circulares en esta presentación, ¿qué hay de las formas irregulares?

R – Los modelos matemáticos utilizados en el Mastersizer 3000(+) para producir una PSD asumen que las partículas son de forma discoide (Fraunhofer) o esférica (Mie). Mientras que las partículas perfectamente esféricas producen patrones de dispersión simétricos, las partículas no esféricas pueden provocar dispersión asimétrica debido a su orientación y rugosidad superficial. Para abordar esto, el software proporciona una opción para seleccionar partículas no esféricas en los ajustes de ‘Tipo de Partícula’, que es una implementación de la teoría de Mie que considera la despolarización de la luz dispersa causada por partículas no esféricas. La sensibilidad a la elección del tipo de partícula es particularmente pronunciada para PSDs submicrométricas.

P – La medición de partículas monomodales puede describirse bien mediante la teoría de Mie, pero en caso de que la distribución del tamaño de partículas sea amplia (digamos 30-300 nm con agregados aún mayores), la medición es solo una aproximación, y el tamaño exacto de las partículas es difícil de resolver. ¿Estoy en lo correcto?

R – La teoría de Mie puede implementarse para un conjunto o grupo de partículas, así como para resolver la dispersión de partículas individuales, por lo tanto, puede proporcionar una solución completa para PSDs amplias (Wriedt 2012, Mackowski 2012). El rango de tamaño que mencionas, sin embargo, 30-300 nm, está hacia el extremo inferior del rango dinámico del Mastersizer 3000(+), y los PSDs submicrométricos son particularmente sensibles al modelo óptico y las propiedades ópticas elegidas, lo que es donde pueden introducirse incertidumbres al resolver el PSD usando la teoría de Mie.

P – ¿Cuáles son las consideraciones de dispersión al analizar dispersiones adsorbidas de partículas como las emulsiones Pickering?

R – La dispersión de las emulsiones Pickering depende de la interacción de la luz tanto con las partículas en la superficie como con la gota del núcleo. Puede no ser tan sencillo como usar solo las propiedades ópticas de un componente. Generalmente, comienza con las propiedades ópticas del núcleo y evalúa el ajuste de los datos en todos los detectores. Luego, compara los resultados usando el índice de refracción (RI) y el índice de absorción (AI) de las partículas adsorbidas. Si las diferencias son insignificantes, el modelo óptico es robusto. Si las diferencias son significativas, compara las adaptaciones de los datos para determinar el conjunto de propiedades ópticas más adecuado a utilizar. No hay una solución perfecta, pero experimentando con diferentes combinaciones y utilizando el informe de ajuste, puedes aproximar efectivamente las propiedades ópticas.

Recursos adicionales y grabaciones de webinars

Gracias de nuevo por su participación a lo largo de la Masterclass de Mastersizer. Si deseas volver a ver los webinars, por favor encuentra las grabaciones en nuestro sitio web. Para obtener más información sobre aplicaciones de difracción láser y desarrollo de métodos, por favor visita nuestro centro de conocimiento, donde puedes encontrar una biblioteca de notas de aplicación, notas técnicas y publicaciones de blog sobre una variedad de temas. Y si deseas hacer preguntas más específicas, por favor ponte en contacto a través de nuestro portal de soporte al cliente donde tu consulta será remitida al experto técnico relevante. Mantente atento para el próximo blog de la serie donde investigaremos cómo dominar los métodos de dispersión y materiales.

Lecturas adicionales

• Volver a lo Básico de la Difracción Láser – Preguntas y Respuestas del Masterclass Parte 3
• Volver a lo Básico de la Difracción Láser – Preguntas y Respuestas de la Clase Magistral Parte 2
• De vuelta a lo básico de la difracción láser – Preguntas y respuestas de la Masterclass Parte 1