Guía básica sobre el análisis de características de partículas-4

Técnica 2: Dispersión de luz dinámica 

  La espectroscopía de correlación de fotones (Photon Correlation Spectroscopy, PCS) o dispersión cuasi-elástica de luz (Quasi-Elastic Light Scattering, QELS), también conocida como dispersión de luz dinámica (Dynamic light scattering, DLS) es una técnica no invasiva y bien establecida para medir el tamaño de partículas y polímeros en el rango de 1 micrón a menos de 1 nanómetro.

  Utilizando esta técnica, es posible medir muestras consistentes en partículas suspendidas en líquidos, como proteínas, polímeros, micelas, carbohidratos, nanopartículas, dispersiones coloidales y emulsiones.

Principales ventajas:
      • Rango de tamaño de partícula ideal para materiales en nanoescala y bio materiales.
      • Requiere solo una pequeña cantidad de muestra
      • Análisis rápido y alto rendimiento
      • Técnica no invasiva que permite la recuperación total de la muestra

Principio

  Las partículas suspendidas experimentan movimiento Browniano debido a colisiones térmicamente inducidas （movimiento Browniano） entre estas partículas suspendidas y las moléculas del solvente.

  La intensidad de la luz dispersa fluctúa rápidamente en escalas de tiempo cortas cuando un láser ilumina las partículas, y estas fluctuaciones están determinadas por el tamaño de las partículas; las partículas más pequeñas se mueven más rápidamente y son desplazadas más lejos por las moléculas del solvente. El análisis de estas fluctuaciones de intensidad permite calcular la velocidad del movimiento Browniano y, por lo tanto, determinar la distribución de tamaño de partículas utilizando la relación de Stokes-Einstein.

  El diámetro medido por dispersión de luz dinámica se denomina diámetro hidrodinámico, que se refiere a la forma en que las partículas se difunden en un fluido. Este diámetro se corresponde con el de una esfera con el mismo coeficiente de difusión translacional que la partícula medida.  

 

  Aunque mayor que el diámetro «núcleo», el diámetro hidrodinámico registrado usando DLS está influenciado no solo por el tamaño del núcleo de la partícula, sino también por cualquier estructura superficial y puede variar según el tipo y la concentración de iones en el medio. Esto significa que puede ser más grande que el tamaño medido por microscopía electrónica, donde, por ejemplo, las partículas se miden fuera de su entorno original.

  La dispersión de luz dinámica genera una distribución de tamaño de partículas ponderada por intensidad, lo que significa que las partículas más grandes pueden dominar los resultados del tamaño y es importante reconocer esto.

Equipamiento

  Los equipos de dispersión de luz dinámica convencional consisten en una fuente láser que enfoca la luz en una muestra, usando lentes.

  La luz es dispersada en todas las direcciones por las partículas, y un único detector, tradicionalmente colocado a 90° con respecto al haz láser, recoge la intensidad de la luz dispersa.

  Las fluctuaciones en la intensidad de la luz dispersa se convierten en pulsos eléctricos que son enviados a un correlador digital, generando una función de auto-correlación a partir de la cual se calcula el tamaño de las partículas.

NIBS

  En equipos más recientes, la tecnología de NIBS (dispersión de luz no invasiva trasera) extiende el rango de concentraciones de muestra medibles y el tamaño de las partículas que pueden ser detectadas.

  La función de medición de tamaño de estos equipos detecta luz dispersa a 173°, como se ilustra a continuación. Esto se conoce como detección de dispersión trasera. Además, las ópticas no están en contacto con la muestra, lo cual les permite ser称calificadas como no invasivas.

  Hay muchas ventajas al usar la detección de dispersión trasera no invasiva.
      • Aumento de la sensibilidad.
      • Se puede medir una gama más amplia de concentraciones de muestra. 

      • Simplificación de la preparación de la muestra. 

(a)  Para partículas pequeñas o muestras de baja concentración, es ventajoso maximizar la cantidad de luz dispersada desde la muestra. Cuando el láser pasa a través de la pared del cubilillo, la diferencia en el índice de refracción entre el aire y el material del cubilillo provoca un destello que puede interferir con la señal del disperso de las partículas. Al mover la ubicación de medición desde la pared del cubilillo hacia el centro del cubículo, estos efectos pueden eliminarse.
(b)  Las partículas grandes o las muestras de alta concentración dispersan más luz. Medir cerca de la pared del cubilillo minimiza la longitud del camino que la luz dispersa debe recorrer, reduciendo los efectos de dispersión múltiple. 

Técnica 3: Tecnología de autoimagen

  La tecnología de autoimagen es una técnica de medición de alta resolución para el análisis de características de partículas en el rango de tamaño de aproximadamente 1 micra a varios milímetros.

  Las imágenes de partículas individuales son capturadas del material disperso, analizadas para determinar su tamaño, forma y otras propiedades físicas. De esta manera, se puede construir una distribución representativa estadística a partir de decenas a decenas de miles de partículas en una sola medición.

En un sistema de imagen estático el material disperso permanece inmóvil, mientras que en un sistema de imagen dinámica, el material fluye a través del equipo de captura óptica. Esta técnica a menudo se usa en conjunto con métodos de medición de tamaño de partículas basados en conjuntos, como la difracción láser, para obtener una mejor comprensión del material o para validar mediciones basadas en conjuntos. Las aplicaciones típicas son:

      •  Medición de diferencias en la forma de partículas que no se pueden distinguir solo por el tamaño.
      •  Identificación y/o recuento de aglomerados, partículas grandes o contaminantes.
      •  Medición de tamaño de partículas no esféricas, como cristales en forma de aguja.
      •  Validación del tamaño de partículas medido mediante métodos basados en conjuntos, como la difracción láser.

Equipamiento

  Un sistema automático de imágenes típicamente consiste en tres componentes principales.

1. Muestra Sayado y dispersión
      Este paso es crucial para obtener un buen resultado, es decir, para lograr una distribución espacial de partículas y agregados individuos en el campo visual.

      Los métodos de presentación de muestras pueden variar según el tipo de muestra y el método de medición utilizado. Las mediciones de imagen dinámica utilizan una celda de flujo a través de la cual se mueven las muestras durante la medición. Las mediciones de imagen estática, por ejemplo, utilizan superficies planas como portaobjetos, placas de vidrio o membranas filtrantes. Para evitar variabilidad entre operadores, es preferible un método de dispersión automatizado. 

 

 

  

2. Equipo de captura de imágenes ópticas

      Las imágenes de partículas individuales se capturan usando lentes ópticos adecuados y cámaras CCD digitales, según lo apropriado a la muestra en estudio.

      Aunque los sistemas de imagen estática ofrecen mayor flexibilidad en la iluminación de la muestra, por ejemplo, iluminación episcópica, diascópica o de campo oscuro, en sistemas de imagen dinámica, las muestras se iluminan típicamente desde detrás.

      Los materiales birrefringentes como cristales también pueden examinarse empleando ópticas de polarización. Los sistemas de imágenes dinámicas más avanzados utilizan un mecanismo de flujo de vaina hidrodinámico para asegurar un enfoque constante incluso para partículas extremadamente pequeñas. 

  

 

3. Software de análisis de datos

      Los equipos estándar miden y documentan diversas propiedades morfológicas de cada partícula.

      Los equipos más avanzados incorporan software con opciones de graficado y clasificación de datos, permitiendo la extracción sencilla de información relevante directamente de las medidas a través de una interfaz visual intuitiva.

      Las imágenes en escala de grises guardadas individualmente para cada partícula proporcionan una válida confirmación cualitativa de los resultados cuantitativos obtenidos. 

 

 

Técnica 4: Dispersión de luz electroforética (ELS)

 La dispersión de luz electroforética (ELS) se utiliza para medir la movilidad electroforética de partículas dispersas o moléculas contenidas en una solución. Esta movilidad suele traducirse en potencial zeta para que las sustancias se puedan comparar bajo diferentes condiciones experimentales.

  El principio físico básico es la electroforesis. Se aplica la dispersión en una celda con dos electrodos.

  Cuando un campo eléctrico se aplica a los electrodos, cualquier partícula o molécula cargada se moverá hacia el electrodo de carga opuesta. La velocidad de esta partícula o molécula cargada en movimiento es su movilidad electroforética, que está relacionada con el potencial zeta de la partícula o molécula.