Une introduction basique à la diffusion dynamique de la lumière (DDL) pour l’analyse de la taille des particules – Questions/Réponses

La valeur de l’interception est le rapport signal / bruit de fond et la valeur variera selon l’échantillon et la configuration optique de l’instrument. Les valeurs appropriées sont comprises entre 10 % et 100 % (c’est-à-dire 0,1 à 1,0). Une valeur inférieure à ce qui est prévu peut indiquer une concentration d’échantillon trop élevée ou trop faible, une absorption ou une fluorescence de l’échantillon. Une concentration d’échantillon trop élevée peut entraîner des effets de diffusion multiple qui réduiront la valeur de l’interception. La configuration NIBS du Zetasizer Nano S/ZS/ZSP permet de minimiser le chemin optique du faisceau laser, ce qui, en retour, minimisera toute diffusion multiple présente. Si la diffusion en excès i.e. la différence de diffusion entre le dispersant et les particules dispersées dans le dispersant est faible, alors l’interception sera faible. La présence de fluorescence ou d’absoption de l’échantillon peut également réduire l’interception. Dans le cas de la fluorescence, il est possible d’installer un filtre à bande étroite dans l’instrument qui éliminera toute lumière fluorescente présente.

La DDL mesure les fluctuations temporelles de l’intensité de la lumière diffusée et l’information fondamentale extraite de la technique est donc basée sur l’intensité de la lumière diffusée. Le diamètre z-moyen est le diamètre moyen pondéré en intensité obtenu de l’analyse des cumulants telle que définie dans ISO22412 (2017) et la distribution primaire de taille est basée sur l’intensité.

Tandis que la transformation de la distribution d’intensité mesurée en volume ou en nombre semble directe, les utilisateurs de DDL sont fortement avertis de faire attention à ne pas trop analyser les résultats. La technique DDL a tendance à surestimer la largeur des pics dans la distribution et cet effet est amplifié dans les transformations en volume et en nombre. Les distributions de taille en volume et en nombre ne doivent être utilisées que pour estimer les quantités relatives de matériel dans des pics séparés car les moyennes et particulièrement les largeurs sont moins fiables. Par conséquent, il est recommandé d’utiliser la distribution de taille par intensité pour rendre compte de la taille de chaque mode dans la distribution mais d’utiliser les données de volume ou de nombre pour indiquer les quantités relatives de chaque famille de particules dans l’échantillon.

La diffusion dynamique de la lumière mesure les fluctuations temporelles de l’intensité de la lumière diffusée ce qui permet la détermination des coefficients de diffusion translationnelle (c’est-à-dire le mouvement brownien) et donc la taille des particules/molécules.

La diffusion statique de la lumière mesure l’intensité moyennée dans le temps de la lumière diffusée. Dans la gamme de produits Zetasizer, l’intensité moyennée dans le temps de la lumière diffusée est mesurée en fonction de la concentration de l’échantillon (c’est-à-dire des solutions moléculaires) et de cela, le poids moléculaire absolu d’une solution macromoléculaire est déterminé. Dans la gamme de produits Mastersizer, l’intensité moyennée dans le temps de la lumière diffusée est mesurée en fonction de l’angle et cela permet la détermination de la taille des particules.

La réponse à cette question est oui, cela peut. La DDL suppose que les particules/molécules mesurées sont en mouvement brownien, aléatoire. C’est vrai pour une faible concentration de l’échantillon. Cependant, à mesure que la concentration de l’échantillon augmente, d’autres effets peuvent se produire tels que la diffusion multiple, la diffusion restreinte, les interactions particules-particules. Alors que l’influence de la diffusion multiple peut être minimisée par l’utilisation de la détection en rétrodiffusion et la mesure proche de la paroi de la cuvette, la diffusion restreinte et les interactions particules-particules sont plus problématiques à comprendre. Normalement, la diffusion restreinte peut être compensée en utilisant la viscosité de l’échantillon plutôt que celle du dispersant. Les interactions particules-particules sont beaucoup plus complexes et ne peuvent pas être compensées.

La taille obtenue par une mesure DDL devrait être indépendante de la concentration de l’échantillon (ISO22412 (2017)). Toutefois, lorsqu’il apparaît que la taille obtenue pour un échantillon dépend de la concentration de l’échantillon, une série de dilutions devrait être effectuée et le coefficient de diffusion mesuré de chaque concentration d’échantillon devrait être tracé en fonction de la concentration et les données extrapolées à une concentration nulle. La valeur obtenue à concentration nulle est le vrai coefficient de diffusion (c’est-à-dire la taille moyenne) de l’échantillon. Cela est connu sous le nom de tracé dynamique de Debye et est discuté dans ISO22412 (2017). Si vous avez la clé de fonctionnalité avancée pour les protéines installée avec votre logiciel Zetasizer, les Calculatrices contiennent un tracé dynamique de Debye.

J’ai joint quelques documents qui détaillent davantage les effets de la concentration.
Application de la diffusion dynamique de la lumière (DDL) aux formulations thérapeutiques protéiques : Principes, Mesures et Analyse – 2. Effets de Concentration et Interactions de Particules
FAQ – Qu’est-ce que la diffusion multiple ?
FAQ – Qu’est-ce que la diffusion restreinte ?

La limite de taille inférieure de la diffusion dynamique de la lumière dépend de nombreux facteurs tels que la configuration optique de l’instrument, la longueur d’onde/puissance du laser, la sensibilité du détecteur, la concentration de l’échantillon et le niveau de diffusion excédentaire. Ce dernier point est la différence de diffusion entre le dispersant utilisé et les molécules/particules dans le dispersant. Plus le niveau de diffusion excédentaire est élevé, plus la mesure est facile. La plus petite taille que nous avons mesurée sur un Zetasizer est de 0,6 nm (mode pic) et j’ai joint une note d’application qui donne des détails sur de telles mesures.

Note d’application “Mesure de tailles sub-nanomètriques en utilisant la diffusion dynamique de la lumière“

Cela signifie généralement que votre échantillon contient de très grosses particules/agrégats/poussières qui causent une interférence avec les mesures. Nous appelons cela des fluctuations de nombre et j’ai joint une FAQ qui discute de cela de manière plus détaillée. Ce qui est certain, c’est que l’échantillon ne convient pas à la DDL et que le grand matériel doit être retiré avant que les mesures ne soient prises.

FAQ – Qu’est-ce que les fluctuations de nombre ?