Qu’est-ce que l’indice de polydispersité (PDI) en diffusion de lumière dynamique (DLS) ?

L’indice de polydispersité PDI, appelé polydispersité (ou plus récemment dispersité conformément aux recommandations de l’IUPAC dispersion sans préfixe) est un terme utilisé pour décrire le degré d' »hétérogénéité » d’une distribution. Dans le domaine de la caractérisation des molécules/nanoparticules, le terme polydispersité a plusieurs significations selon le contexte dans lequel il est utilisé.

En chimie des polymères, la chromatographie par perméation de gel (GPC) et la chromatographie d’exclusion de taille (SEC) définissent la polydispersité comme le rapport entre la masse moléculaire moyenne en poids et la masse moléculaire moyenne en nombre (Mw/Mn), fournissant aux chercheurs une idée de la largeur ou de l’étendue de la distribution de masse moléculaire. Dans le domaine de la diffusion de la lumière, le terme polydispersité est utilisé pour décrire l’étendue de la distribution des tailles de particules.

En diffusion de lumière dynamique (DLS), la distribution des tailles des molécules ou des particules est un paramètre d’intérêt.

La distribution décrit combien de matériau existe sous forme de « tranches » de tailles différentes. En DLS, la distribution de base est une distribution en intensité qui montre combien de lumière est diffusée par des « tranches » ou « bins » de différentes tailles.

La taille moyenne et l’écart-type par rapport à cette moyenne peuvent être directement obtenus à partir des statistiques de distribution. Ainsi, l’écart-type (absolu) de la distribution (ou « demi-largeur ») peut être comparé à la moyenne, et on peut obtenir la polydispersité relative = écart-type/moyenne.

Historiquement, au lieu de la distribution, une approche de mono-exponentielle forcée (méthode du cumulant) plus simple était utilisée pour obtenir la taille moyenne globale (par intensité) et la polydispersité globale (cumulant de second ordre normalisé).

Dans une distribution gaussienne théorique, la polydispersité globale est la polydispersité relative de la distribution. Traditionnellement, cette polydispersité globale est convertie en indice de polydispersité PDI, qui est le carré de la polydispersité de la diffusion de la lumière. Pour un échantillon parfaitement homogène, le PDI est 0,0.

Les valeurs pour différents degrés de dispersion sont listées dans le tableau ci-dessous.

Pouvons-nous calculer la valeur PDI en excluant un petit pic d’agrégat?

Par exemple, si les principales espèces de particules sont de 100 nm environ avec une petite contribution (2% en intensité) à un pic de 5 microns. Dans ce cas, on peut ignorer le pic de 5 microns et recalculer la moyenne z et le PDI.

Ou bien peut-on déterminer le PDI uniquement pour la plus petite espèce? La moyenne z accorde plus de poids aux composants plus petits.

Ceci parce qu’on fait correspondre seulement la première partie de la fonction de corrélation. Selon la méthode ISO pour obtenir la moyenne z, l’ajustement de la fonction de corrélation s’étend jusqu’à 10% des valeurs initiales. Ainsi, le pic de 5 microns peut contribuer qu’insignifiantly en termes de moyenne z globale et il est très probable qu’il le fasse.

Le pic peut-il être ignoré dans les calculs de PDI ?

Si l’on souhaite complètement ignorer le pic de 5 microns et retraiter les données, il est possible de le faire via un logiciel de recherche, en changeant le nombre total de points de données (= canaux) utilisés pour l’ajustement.

En ne correspondant qu’aux 10% de l’interception, si la normalisation ne montre plus de pic de 5 microns, celui-ci n’est pas inclus dans la moyenne z, ce qui est conforme au protocole ISO.

Toutefois, si le pic de 5 microns est toujours présent et que vous souhaitez qu’il disparaisse, vous pouvez réduire la plage d’ajustement à des canaux inférieurs. Par exemple, jusqu’à 50% de l’interception ou jusqu’à ce qu’il disparaisse. Cependant, ce n’est plus un plan d’ajustement cumulant ISO! Cela devient au lieu de cela, un « PDI spécial » . En modifiant le contexte, vous ne suivez plus les procédures officielles du cumulant ISO.

En ce qui concerne l’indice de polydispersité PDI pour un pic individuel, c’est beaucoup plus simple et nécessite pas de réanalyse: lorsqu’un graphique de distribution de taille de particules en intensité est affiché, chaque pic est accompagné de sa moyenne et de son écart-type. Pour ce pic, le PDI est l’écart-type au carré divisé par la moyenne au carré. Par exemple, si un pic a une taille moyenne de 9,3 nm et un éart-type de 4,4 nm. Par conséquent, le PDI pour ce pic est 4.4*4.4/(9.3*9.3) = 0.22.

Pour une lecture supplémentaire

Signification du PDI

Diffusion de lumière dynamique – Définition des termes fréquemment utilisés