Retour aux bases de la diffraction laser – Q&R de la Masterclass Partie 1

Merci à tous ceux qui ont assisté à notre récente série de webinaires sur la diffraction laser utilisant la gamme d’instruments Mastersizer. Votre participation et votre engagement ont été véritablement inspirants, et nous vous sommes reconnaissants pour les excellentes questions que vous avez posées tout au long des sessions. Dans cette série de blogs, nous aborderons certains des principaux sujets soulevés lors du webinaire de retour aux bases, fournissant de plus amples informations et clarifications pour améliorer votre compréhension. Plongeons dans le premier épisode de la série de blogs Q&R !

Éclaircissement des modèles et propriétés optiques

Dans cette section, nous plongeons dans le monde fascinant des modèles et propriétés optiques. Vos questions ont souligné la complexité et l’importance de comprendre comment la lumière interagit avec les particules dans la diffraction laser. Explorons plus avant ces concepts.

Q – Existe-t-il d’autres modèles optiques comme Mie ou Fraunhofer ?
Q – Où dans le logiciel pouvons-nous choisir le modèle optique ?

R – Dans le logiciel Mastersizer Xplorer, vous avez la possibilité de choisir entre deux implémentations de la théorie de Mie (sphérique ou non sphérique) ou l’approximation de Fraunhofer. Vous sélectionnez le modèle optique via la section ‘Type de particule’ des paramètres de mesure et SOP comme indiqué ci-dessous. 

Q – Avez-vous des solutions pour déterminer les propriétés de réfraction et d’absorption pour les particules dont la structure chimique n’est pas connue ?

R – Lors de l’analyse d’un nouveau matériau, nous recommandons de commencer par une approximation des propriétés optiques requises, l’indice de réfraction (RI) et l’indice d’absorption (AI). Cette première approximation peut être informée par de larges catégories de types de matériaux comme indiqué dans les tableaux ci-dessous :  

Une fois que vous avez pris quelques mesures en utilisant ces propriétés optiques approximatives, vous pouvez évaluer la pertinence de votre choix de paramètres à l’aide du rapport d’ajustement, des résidus et d’une évaluation visuelle de la distribution de la taille des particules. L’outil Optimiseur de Propriétés Optiques permet aux utilisateurs de tester rapidement différentes combinaisons de RI et AI pour évaluer la sensibilité du résultat aux propriétés optiques. Pour plus de conseils sur le choix des propriétés optiques les plus appropriées, veuillez consulter cette masterclass enregistrée.

Q – Quels valeurs de résidus considéreriez-vous comme appropriées pour accepter un résultat comme correct ? Habituellement, nous avons des différences entre les résidus et les résidus pondérés.

R – Généralement, un résidu et un résidu pondéré inférieurs à 1 % sont recommandés et les deux résidus (pondérés et non pondérés) devraient généralement être inférieurs de 0,4 % l’un à l’autre. Cela reflète un bon accord entre les données mesurées et les données ajustées à l’aide du modèle optique. Cependant, il existe des circonstances où il sera difficile d’atteindre des valeurs proches ou inférieures à 1 %. Cela a tendance à être le cas lorsque nous avons du bruit sur les détecteurs internes, ce qui peut résulter de distributions de taille très étroites (s’étendant sur beaucoup moins d’une décennie en taille), et/ou de distributions submicroniques. Obtenir des valeurs de résidus inférieures à 1 % peut également être difficile lorsque les particules sont fortement colorées, en raison de leurs propriétés optiques complexes.

Q – Vous avez montré des particules circulaires dans cette présentation, qu’en est-il des formes irrégulières ?

R – Les modèles mathématiques utilisés dans le Mastersizer 3000(+) pour produire une distribution de taille de particules (PSD) supposent que les particules sont soit en forme de disque (Fraunhofer), soit sphériques (Mie). Alors que les particules parfaitement sphériques produisent des motifs de diffusion symétriques, les particules non sphériques peuvent provoquer une diffusion asymétrique en raison de leur orientation et de leur rugosité de surface. Pour y remédier, le logiciel offre la possibilité de sélectionner des particules non sphériques dans les paramètres ‘Type de particule’, qui est une implémentation de la théorie de Mie qui considère la dépolarisation de la lumière diffusée causée par les particules non sphériques. La sensibilité au choix du type de particule est particulièrement prononcée pour les PSD submicroniques.

Q – La mesure de particules monomodales peut être bien décrite par la théorie de Mie, mais dans le cas où la distribution de taille des particules est large (disons de 30 à 300 nm avec même des agrégats plus gros) la mesure n’est qu’une approximation, et la taille exacte des particules est difficile à résoudre. Ai-je raison?

R – La théorie de Mie peut être mise en œuvre pour un ensemble ou un groupe de particules ainsi que pour pouvoir résoudre la diffusion de particules uniques, par conséquent, elle peut fournir une solution complète pour les PSD larges (Wriedt 2012, Mackowski 2012). La plage de taille que vous citez, cependant, 30-300 nm est vers la limite inférieure de la plage dynamique du Mastersizer 3000(+), et les PSD submicroniques sont particulièrement sensibles au modèle optique et aux propriétés optiques choisies où des incertitudes peuvent être introduites lors de la résolution du PSD en utilisant la théorie de Mie.

Q – Quelles sont les considérations de diffusion lors de l’analyse des dispersions adsorbées par les particules telles que les émulsions de Pickering ?

R – La diffusion des émulsions de Pickering dépend de l’interaction de la lumière avec les particules à la surface et la gouttelette centrale. Cela peut ne pas être aussi simple que d’utiliser les propriétés optiques d’un seul composant. En général, commencez par les propriétés optiques du noyau et évaluez l’ajustement des données sur tous les détecteurs. Ensuite, comparez les résultats à l’aide de l’indice de réfraction (RI) et de l’indice d’absorption (AI) des particules adsorbées. Si les différences sont négligeables, le modèle optique est robuste. Si les différences sont significatives, comparez les ajustements des données pour déterminer le jeu de propriétés optiques le plus approprié à utiliser. Il n’existe pas de solution parfaite, mais en expérimentant avec différentes combinaisons et en utilisant le rapport d’ajustement, vous pouvez approximativement déterminer les propriétés optiques efficacement.

Ressources supplémentaires et enregistrements de webinaires

Merci encore pour votre engagement tout au long de la Masterclass Mastersizer. Si vous souhaitez revoir les webinaires, veuillez trouver les enregistrements sur notre site web. Pour plus d’informations sur les applications de diffraction laser et le développement de méthodes, veuillez visiter notre centre de connaissances où vous pouvez trouver une bibliothèque de notes d’application, de notes techniques et de billets de blog sur une gamme de sujets. Et si vous souhaitez poser des questions plus spécifiques, n’hésitez pas à nous contacter via notre portail de support client où votre demande sera transmise à l’expert technique concerné. Restez à l’écoute pour le prochain blog de la série où nous examinerons comment maîtriser les méthodes et matériaux de dispersion.

Lectures complémentaires

• Retour aux fondamentaux de la diffraction laser – Q&R de la Masterclass Partie 3
• Retour aux bases de la diffraction laser – Questions et réponses de la Masterclass Partie 2
• Retour aux bases de la diffraction laser – Q&R de la Masterclass Partie 1