¿Cuál es la viscosidad máxima para DLS?
¿Existe una viscosidad máxima para las mediciones de DLS?
El Zetasizer de Malvern puede determinar el tamaño de las partículas mediante dispersión de luz dinámica (DLS). En esta técnica, se analizan las fluctuaciones de intensidad para encontrar el coeficiente de difusión correspondiente que causó las fluctuaciones. El coeficiente de difusión translacional Dt de una partícula está inversamente relacionado con su tamaño y la viscosidad del dispersante (o más correctamente el radio hidrodinámico rH y la viscosidad η).
Esta relación puede usarse para predecir los límites de detectabilidad de la técnica en general, y así es como exploramos la idea de una viscosidad máxima (o tamaño máximo) como límite de aplicabilidad.
Difusión, tamaño y viscosidad
El coeficiente de difusión translacional obtenido a partir de DLS se relaciona con el tamaño de las partículas a través de la ecuación de Stokes Einstein:
donde la energía térmica dada por la constante de Boltzmann kB multiplicada por la temperatura absoluta T (en Kelvin) se divide por el arrastre viscoso dado por 6 veces pi por la viscosidad por el radio hidrodinámico RH. A veces se ve con un factor 3 cuando el tamaño se expresa como diámetro hidrodinámico en lugar del radio. Dado que kB es constante y nos interesan las mediciones a temperatura ambiente por ahora, la ecuación completa anterior puede reducirse a la proporcionalidad simplificada, afirmando que el coeficiente de difusión es inversamente proporcional a la viscosidad y el tamaño.
¿Cómo podemos obtener el tamaño máximo?
Las especificaciones del Zetasizer establecen que el tamaño máximo para partículas en agua es de 10 micrones. Con la ayuda de la ecuación del coeficiente de difusión, ahora podemos traducir esto a cualquier viscosidad arbitraria y predecir el tamaño máximo correspondiente.
Aprox. tamaño máximo por DLS |
|
|---|---|
| Viscosidad [cP] | Tamaño máximo [nm] |
| 1.0 | 10,000 |
| 2.5 | 4,000 |
| 10.0 | 1,000 |
| 100.0 | 100 |
| 1,000.0 | 10 |
¿Cuál es la viscosidad máxima?
El problema a resolver es muy similar al del tamaño máximo. Simplemente podemos observar cuál es el coeficiente de difusión más lento para la especificación en el límite (es decir, el límite de tamaño grande) y luego transponer desde allí.
Aprox. viscosidad máxima por DLS |
|
|---|---|
| Tamaño | Máxima viscosidad [cP] |
| 10 μm | 1 cP |
| 1 μm | 10 cP |
| 100 nm | 100 cP |
| 50 nm | 200 cP |
| 10 nm | 1,000 cP |
El lector observador puede haber notado que simplemente mantenemos constante el producto de tamaño y viscosidad, por lo que no es muy desafiante determinar la combinación para un tamaño diferente o una viscosidad diferente.
¿Puede DLS medir la viscosidad?
Para encontrar la viscosidad de un dispersante desconocido, podríamos usar DLS para encontrarla. Para que este método funcione, necesitamos tener algunas partículas de tamaño conocido. Y debemos estar seguros de que estas partículas no interactúan con el dispersante. Las partículas no deben agregarse en el dispersante ni reaccionar de otra manera con él. Si estamos seguros de que el tamaño permanece constante, entonces podemos realizar una medición DLS de nuestras partículas conocidas en el dispersante desconocido. Comparamos esto con los datos de las partículas en un dispersante conocido. Dado que DLS mide el coeficiente de difusión, ahora podemos calcular a posteriori cuál debe ser la viscosidad correcta del dispersante. En lugar de calcular, también puedes editar una medición para encontrar la «nueva» viscosidad.
Ejemplo: cuentas de látex de 100 nm en agua miden como z-ave = 104 nm. Una pequeña cantidad de cuentas de látex de 100 nm en el dispersante desconocido (donde establecemos el dispersante como «agua») mide como z-ave = 78 nm. La viscosidad desconocida es entonces: viscosidad del agua *78/104. Puedes confirmar esto editando el registro de manera que el z-ave del registro editado sea de 104 nm.
Espero que lo anterior elimine algún tipo de confusión sobre los límites de la dispersión de luz dinámica.
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Si tienes alguna pregunta, por favor envíame un correo electrónico a ulf.nobbmann@malvernpanalytical.com. ¡Gracias! Aunque las opiniones expresadas son generalmente las del autor, algunas partes podían haber sido modificadas por nuestro equipo editorial.
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