ナノ粒子の屈折率はどれほど重要か？

ナノ粒子における屈折率と吸収は重要か？

要約: 金、銀、チタンおよびその他のナノ粒子の屈折率を議論します。また、本投稿ではいくつかのポリマーの屈折率にも注目します。最後に、DLSに屈折率が常に必要かどうかを検討します。

一般的に、散乱材料の光学特性は観察される散乱挙動に非常に大きな影響を与えます。ミー理論はこれらの現象を完全に説明できます。したがって、ミー理論が最良の選択です。たとえば、散乱材料の屈折率 nおよび吸収kは、散乱強度に影響を与えます。結果として、ナノ材料のサイズ範囲に関心のある多くの研究者にとって、材料自体の光学特性が未知です。そのような場合、何ができるのでしょうか？

ナノ粒子の光学特性について考慮すべきこと（ゼータサイザー）

まず、散乱の量は材料の特性に直接関連しています。しかし、動的光散乱 (DLS)では、実験の設定で要求されることが多いものの、材料特性が無関係である可能性があります。ただし、強度による平均サイズと強度による平均ポリディスパージョン (PDI) のみが必要な場合、どの材料が強度を生じさせたかは関係ありません。強度サイズ分布が体積または数の分布に変換されるときに、材料特性が関与します。その場合、各ナノ粒子がどれだけの光を散乱するかを正確に知る必要があります。そして、それを予測するために、ミー理論はその粒子の屈折率と吸収を必要とします。
次に、100nm未満の小さなナノ粒子の場合、材料特性は重要ではなくなります。その結果、DLSを通じて得られる体積分布はその場合、顕著に変化しません。

ゼータ電位に屈折率は関係するか？

電気泳動移動度。影響を及ぼすのは分散剤の特性のみです。したがって、基本的にはゼータ電位測定のためのパラメーターを入力する必要はありません。ただし、ソフトウェアは素材を選択する必要があります。

FAQ: では、ナノ粒子にとって屈折率と吸収はどれほど重要か？

一般的に、散乱材料の光学特性は観察される散乱挙動に非常に大きな影響を与えます。ミー理論はこれらの現象を完全に説明できます。したがって、ミー理論が最良の選択です。たとえば、散乱材料の屈折率nと吸収kは散乱強度に影響を与えます。その結果として、ナノ材料のサイズ範囲に興味を持つ多くの研究者にとって、材料自体の光学特性は未知です。そのような場合に何ができるのでしょうか？

ナノ粒子の光学特性について考慮すべきこと（ゼータサイザー）

1. まず、散乱の量は材料の特性に直接関連しています。しかし、動的光散乱 (DLS)では、実験の設定で要求されることが多いものの、材料特性が無関係である可能性があります。ただし、強度による平均サイズと強度による平均ポリディスパージョン (PDI) のみが必要な場合、どの材料が強度を生じさせたかは関係ありません。強度サイズ分布が体積または数の分布に変換されるときに、材料特性が関与します。その場合、各ナノ粒子がどれだけの光を散乱するかを正確に知る必要があります。そして、それを予測するために、ミー理論はその粒子の屈折率と吸収を必要とします。
2. 次に、100nm未満の小さなナノ粒子の場合、材料特性は重要ではなくなります。その結果、DLSを通じて得られる体積分布はその場合、顕著に変化しません。

ゼータ電位に屈折率は関係するか？

同様にゼータ電位についても、材料特性は電気泳動移動度の計算に寄与しません。影響を及ぼすのは分散剤の特性のみです。したがって、基本的にはゼータ電位測定のためにパラメーターを入力する必要はありません。ただし、ソフトウェアは素材を選択する必要があります。

値を試して効果を見てみよう！

上記の2つのポイントに加えて、屈折率の値をモデル化して何が起こるかを確認できます：

• たとえば、材料特性の効果を自身で納得することができます。これを明確にするために、まず既存のデータ記録を編集します（記録をハイライトし、右クリック、記録を編集）。その後、新しいサンプル名を付けます [たとえば「n=1.6、abs=0.01のタングステンサンプル」]。その後、材料特性を編集できます [点線のボックスをクリックして次に追加し、材料名とそれに関連する屈折率と吸収を入力]してからOK OK。これにより、新しい分析パラメーターを持つオリジナルの記録のコピーがファイルに表示されます。両方のレコードをハイライトすることにより [Ctrlキーを押しながら両方をハイライト] 異なる方法での結果を重ね合わせて比較できます。
  その後、強度分布結果に差がないこと（およびゼータ平均とポリディスパージョンについても）を確認できます。
  したがって、散乱材料の材料特性の変化が体積分布にどのような影響を与えるかを直接観察できます。
• さらに、ナノ材料のいくつかの光学特性はGoogleで見つけることができます。たとえば、以下に一般的なナノ材料の屈折率と吸収値の短いリストがあります。明確にするために、これはλ=632nmのヘリウム・ネオンレーザー（ゼータサイザーの波長）についてです。

ナノ粒子の屈折率特性を選択

結論として、以下の表にいくつかの一般的な材料をリストしています。いくつか – ただしすべてではありません – が標準ソフトウェアパラメーターリストの一部です。

選択された材料特性の表
サンプル材料	屈折率	吸収
リポソーム #
リン脂質	n=1.45	k=0.001
エクソソーム	n=1.37 – 1.39*	k=0.01
マイクロベシクル (> .2µm)	n=1.40*	k=0.01
ナノ粒子とコロイド
金 [Au]	n=0.20	k=3.32
銀 [Ag]	n=0.135	k=3.99
白金 [Pt]	n=2.32	k=4.16
パラジウム [Pd]	n=1.77	k=4.29
TiO2	n=2.41	k=0.001
SiO2	n=1.54	k=0.00
PFOBエマルジョン	n=1.305	k=0.10
ナノダイヤモンド	n=2.42	k=0.00
高分子化合物
タンパク質	n=1.45	k=0.001
ポリスチレン	n=1.59	k=0.01

^# 「リポソームの光学特性の右角光散乱と濁度による特性評価」Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes 1467, 1, 219-226 (2000)
*「ナノ粒子追跡分析による屈折率の測定で細胞外小胞の不均一を明らかにする」Journal of Extracellular Vesicles 2014, 3:25361 DOI: 10.3402/jev.v3.25361 (2014)
+ 加えて、ポリマーデータベースの「アモルファスポリマーの屈折率」に関連するリストが掲載されています。

要約すると、簡単な答えは：パラメーターなしでも、DLSでナノ粒子から有用な情報を得ることができるということです。

リソース

• 最も重要なのは、インテンシティ – ボリューム – ナンバー – どのサイズが正しいかが異なる分布の表現を示していることです。
• ミー理論とは？: 100年の歴史をウェビナーで
• 動的光散乱 – 一般的な用語の定義により、それらを理解できます。
• この投稿と同じように、マルバーンリファレンスマニュアル: サンプル分散および屈折率ガイド (MAN0396-1-0)には回折の値がリストされています。
• さらに、一般的な溶剤の誘電率のリスト (UMassから) はゼータに役立ちます。

以前の投稿

• どのサイズが正しいか (インテンシティ – ボリューム – ナンバー)?
• GPC のためのトップ10のヒント サンプル準備
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