A difusão dinâmica de luz (DLS) é uma técnica de medição estabelecida e precisa para a caracterização de tamanhos de partículas em suspensões e emulsões. A Microtrac é pioneira na tecnologia da análise de partículas e há mais de 30 anos vem desenvolvento sistemas ópticos baseados em difusão dinâmica de luz.
A dispersão dinâmica de luz (DLS) é uma técnica de medição estabelecida e precisa para caracterizar tamanhos de partículas em suspensões e emulsões. Baseia-se no movimento browniano de partículas - que estabelece que em meiio líquido partículas menores se movem mais rapidamente, enquanto partículas maiores se movem mais lentamente. A luz difundida por partículas contém informações sobre a velocidade de difusão e, portanto, sobre a distribuição dos tamanhos.
A dispersão dinâmica de luz possibilita a análise de partículas num intervalo de tamanho de 0,3 nm a 10.000 nm. Enquanto Difração de laser (LD) muitas vezes esbarra nos seus limites com partículas menores que 100 nm em razão do sinal muito fraco e da baixa variância angular do sinal de difusão - é aqui que a dispersão dinâmica de luz revela sua força.
Trata-se de uma técnica adequada para a análise e caracterização de nanopartículas. Outras vantagens incluem a medição de amostras tanto altamente concentradas como altamente diluídas, bem como a capacidade de determinar Potencial zeta, peso molecular e concentração, incluídos em muitos analisadores.
Os coeficientes de difusão (D) das partículas são inversamente proporcionais ao tamanho (dp, diâmetro hidrodinâmico das partículas, segundo a relação de Stokes-Einstein.
(k=Constante de Boltzmann, T=temperatura, η= viscosidade )
Para determinar com precisão o tamanho das partículas, torna-se necessário conhecer o valor exato do parâmetro T (temperatura) e η (viscosidade) do líquido.
A tecnologia de difusão dinâmica de luz (DLS) mede opticamente o movimento ao registrar o sinal de luz difusa num ângulo fixo. As partículas são iluminadas por uma fonte de luz coerente (laser), registrando-se a luz difundida pelas partículas.
A flutuação temporal do sinal de luz difusa é importante neste caso porque contém informações sobre o movimento das partículas. As flutuações são causadas pelo fato de que as partículas que difundem a luz se movem uma em relação à outra resultando em interferências que mudam constantemente dentro da luz difusa total. Portanto, a luz difundida pelas partículas contém leves oscilações de frequência causadas pela posição ou velocidade das partículas em função do tempo. Medido ao longo do tempo, o movimento causa uma distribuição de onscilações de frequência.
Essas oscilações de frequência podem ser determinadas mediante comparação com um referencial óptico coerente. Na difusão dinâmica de luz, as frequências de oscilação situam-se na faixa de 1 Hz a 100 kHz, o que pode ser medido facilmente.
Existem duas abordagens para o referencial óptico: detecção homodínea (também chamada de "autobatente" ou "autorreferente") e a detecção heterodínea "batente referencial" ou "referência controlada").
Na abordagem homodínea, a própria luz difusa provê a referência para determinar a oscilação de frequência. Em contraste com isso, a referência controlada ou detecção heterodínea sobrepõe a luz difusa a uma parte da luz incidente, que fornece o referencial para determinar as oscilações de frequência. O sinal detector resultante em ambos os métodos contém uma distribuição de frequências que é representativa do tamanho das partículas em suspensão.
Dessas duas abordagens, o método heterodíneo com "referência controlada" oferece num analisador dinâmico de luz difusa muitas vantagens sobre o homodíneo. A mais importante delas é a intensidade do sinal. Na medição homodínea, ela é proporcional à is2, média da intensidade de luz ao quadrado. Em contraste, a intensidade do sinal na medição heterodínea é proporcional ao is x i0, produto da intensidade difusa e a intensidade do referencial.
Isto resulta em um sinal de medição muito mais forte e permite o uso de diodos de laser como fontes de luz e de fotodiodos de silício como detectortes. A melhor potência do sinal também facilita a medição de partículas muito pequenas e pouco difusoras, descendo até a faixa nanométrica inferior.
O sinal da difusão dinâmica de luz pode ser avaliado de vários modos: por meio de uma autocorrelação dependente do tempo ou por um espectro de potência frequencial (FPS), sendo uma a transformação de Fourier (FPS) do outro. A medição homodínea com autocorrelação é a base da amplamente utilizada "espectroscopia de correlação fotônica" (PCS). Isto requer um autocorrelator e determina apenas um tamanho médio baseado em intensidade média (média z) e um "índice de polidispersidade", que constitui uma indicação grosseira da amplitude da distribuição. Para calcular a distribuição requerem-se algoritmos que atendam à curva específica do instrumento.
Todavia, o método do espectro de potência frequencial (FPS) é mais confiável e claramente superior ao PCS em termos de sensibilidade, precisão e resolução. O sinal DLS do detector é transformado matematicamente em um espectro de potência frequencial pela transformação rápida de Fourier e, após minimização do erro iterativo, fornece uma indicação direta da distribuição de tamanhos.
O espectro de potência frequencial assume a forma de uma função de Lorenz. A frequência característica, ω0, é inversamente proporcional ao tamanho das partículas. A figura representa o espectro de fequência-potência de diferentes tamanhos de partícula. A relação inversa entre a frequência característica e o tamanho das partículas é óbvia.
1. Detector | 2. Raio laser refletido & luz dispersaa | 3. Janela safira | 4. Divisor de raio Y | 5. lente de GRIN | 6. Amostra | 7. Raio laser em fibra óptica | 8. Laser
A Microtrac adotou uma abordagem inovadora da difusão dinâmica de luz (DLS) mediante um projeto exclusivo de geração e coleta de luz. Focando a prova de laser na interface do material, a Microtrac combina os benefícios de uma trajetória curta com pulsação referencial e um retrodispersor de 180º, proporcionando assim a melhor precisão, resolução e sensibilidade.
Sinal óptico de máxima potência e precisão a concentrações mínimas: Todas as medições por dispersão dinâmica de luz empregam uma forma de 'pulsação' para eliminar a alta frequência óptica da luz dispersa, mas mantendo as frequências mais baixas induzidas pelo movimento das partículas, necessárias para a análise de tamanho. O princípio de detecção heteródina da Microtrac aplica a prova para coletar a 180º a luz retrodispersa misturada com a luz incidente.
A geometria dos componentes permite a reflexão da luz a partir da interface e a combina com a luz dispersa coletada. A luz refletida ativa uma pulsação referencial. O sinal óptico total é amplificado pela elevada intensidade do componente refletido. O resultado é o máximo sinal óptico possível, proporcionando medições precisas nas mínimas concentrações possíveis.
O princípio de medição heteródino com pulsação referencial também permite a medição de tamanho de partículas fluorescentes.
O detector da Microtrac utilizado nos analisadores por difusão dinâmica de luz focaliza o laser sobre a interface entre o detector e a suspensão de partículas. A luz penetra na suspensão e a dispersão ocorre diante das partículas encontradas e a luz retrodispersa a 180º. Misturada com a luz incidente, ela retorna ao fotodetector. O comprimento total da trajetória é minimizado enquanto a luz dispersa coletada é maximizada. Isso resulta em medições precisas em concentrações máximas de partículas.
A dispersão dinâmica de luz (DLS) é aplicada nos analisadores de partículas NANOTRAC da Microtrac.
Nossa equipe de especialistas está à disposição para orientá-lo sobre sua aplicação e sobre a nossa linha de produtos.
A difração dinâmica de luz é um método amplamente utilizado para medição de tamanho de partículas. Ele é particularmente adequado para a caracterização de nanomateriais. Determina-se o movimento browniano (coeficiente de difusão) das partículas num líquido, obtendo-se um diâmetro hidrodinâmico da partícula por meio da equação de Stokes-Einstein. Para a avaliação, é necessário conhecer a temperatura e a viscosidade.
Na análise de partículas por difração dinâmica de luz, a amostra é iluminada pr um raio laser, e a luz difratada é registrada em um ângulo de detecção (na maioria dos casos na direção do refletor total) por um período geralmente de 30-120 segundos. O movimento das partículas causa flutuações de intensidade na luz dispersa. O coeficiente de difusão e, portanto, o tamanho da partícula, pode ser determinado em função dessas flutuações.
O intervalo de medição da difração dinâmica de luz vai de 0,3 nm a 10 µm. Isto se sobrepõe amplamente à difração de laser, cujo intervalo de medição vai de 10 nm até a faixa milimétrica. À medida que diminui o tamanho das partículas, o método da difração dinâmica de luz vai melhorando em comparação com a difração de laser. Para partículas maiores, por outro lado, a difração de laser tem vantagens em comparação com a difração dinâmica de luz.
Além da possibilidade de analisar partículas extremamente pequenas, a difração dinâmica de luz oferece também a vantagem de medir num amplo intervalo de concentrações, desde alguns poucos ppm a 40% em volume (dependendo da amostra). As medições podem ser executadas em vários recipientes ou se pode imergir um detector diretamente na amostra a examinar. Além disso, muitos instrumentos de difração dinâmica de luz oferecem a possibilidade de, além disso, medir o potencial zeta.
A dispersão dinâmica de luz é empregada em muitos ramos para diferentes aplicações. Amostras típicas para dispersão dinâmica de luz são partículas menores que 1 mícron. Estas incluem pigmentos, tintas, microemulsões, cerâmica, fármacos, bebidas e alimentos, cosméticos, metais, adesivos, polímeros, colóides, micromoléculas orgânicas e muito mais.
O método de dispersão dinâmica de luz para análise de tamanho de partículas e a medição da distribuição de partículas por tamanho é descrito na ISO 22412. Além disso, a análise de potencial zeta que pode muitas vezes ser executada com um analisador de dispersão dinâmica de luz é descrita na ISO 13099.
Há diferentes métodos para captar e avaliar o sinal de dispersão dinâmica de luz. A tecnologia heterodínea (ou de pulsação referencial), que emprega uma parte do raio incidente como referencial para a luz dispersa revelou-se superior em termos de razão de sinal contra ruído. O sinal, dependente do tempo, é convertido num espectro de potência frequencial por meio de uma transformação de Fourier. O tamanho das partículas pode ser deduzido desse espectro de potência.
