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Engineering

यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपिक जलीय मीडिया में Nanomaterials के लक्षण वर्णन

Published: October 25, 2021 doi: 10.3791/61764
Automatic Translation
1, 1, 1, 2,3, 2, 4, 4, 5, 6, 6, 7, 7, 1, 1
1School of Geography, Earth and Environmental Sciences, University of Birmingham, 2UK Centre for Ecology and Hydrology, 3Natural England, 4Center for Nanosafety Metrology, Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), 5Department of Materials, University of Oxford, 6Department of Analytical Chemistry, Helmholtz-Centre for Environmental Research, 7Department of Chemical and Product Safety, German Federal Institute for Risk Assessment (BfR)

Summary

यह अध्ययन एक इंटरलेबोरेटरी तुलना (आईएलसी) के लिए बेंचमार्किंग परिणाम प्रस्तुत करता है, जिसे सोने (एयू) कोलाइड फैलाव के लिए विकसित मानक ऑपरेटिंग प्रक्रिया (एसओपी) का परीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूवी-विस) की विशेषता है, एच 2020 एसीएनानो परियोजना के छह भागीदारों के बीच नमूना तैयारी, माप और परिणामों के विश्लेषण के लिए।

Abstract

Nanomaterials (NMs) का भौतिक-रासायनिक लक्षण वर्णन अक्सर एक विश्लेषणात्मक चुनौती है, उनके छोटे आकार (नैनोस्केल में कम से कम एक आयाम, यानी 1-100 एनएम), गतिशील प्रकृति और विविध गुणों के कारण। उसी समय, एनएम-असर वाले उत्पादों के निर्माण में सुरक्षा और गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए विश्वसनीय और दोहराने योग्य लक्षण वर्णन सर्वोपरि है। नैनोस्केल से संबंधित गुणों की विश्वसनीय माप की निगरानी और प्राप्त करने के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं, जिनमें से एक उदाहरण पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूवी-विज़) है। यह एक अच्छी तरह से स्थापित, सरल और सस्ती तकनीक है जो एनएम आकार, एकाग्रता और एकत्रीकरण राज्य के गैर-आक्रामक और तेजी से वास्तविक समय स्क्रीनिंग मूल्यांकन प्रदान करती है। इस तरह की विशेषताएं यूवी-विज़ को एक मान्य मानक ऑपरेटिंग प्रक्रिया (एसओपी) की प्रवीणता परीक्षण योजनाओं (पीटीएस) का आकलन करने के लिए एक आदर्श पद्धति बनाती हैं, जिसका उद्देश्य एक लक्षण वर्णन विधि के प्रदर्शन और पुनरुत्पादन का मूल्यांकन करना है। इस पेपर में, एच 2020 परियोजना एसीएनानो से छह भागीदार प्रयोगशालाओं के पीटीएस का मूल्यांकन एक इंटरलेबोरेटरी तुलना (आईएलसी) के माध्यम से किया गया था। विभिन्न आकारों (5-100 एनएम तक) के मानक सोने (एयू) कोलाइड निलंबन को एनएम आकार लक्षण वर्णन के लिए एक कार्यान्वयन योग्य और मजबूत प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए विभिन्न संस्थानों में यूवी-विज़ की विशेषता थी।

Introduction

नैनोमटेरियल्स (एनएम) नैनोस्केल (1 से 100 एनएम) में अपने अद्वितीय गुणों के कारण लोकप्रिय हो गए हैं, जो उनके थोक समकक्षों के गुणों से भिन्न होते हैं, या तो आकार से संबंधित या क्वांटम प्रभावों (उदाहरण के लिए, मात्रा द्वारा विशिष्ट सतह क्षेत्र में वृद्धि) के साथ-साथ विशिष्ट प्रतिक्रियाशीलता, ऑप्टिकल, थर्मल, इलेक्ट्रिकल और चुंबकीय गुणों के साथ-साथ 1,2 . समाज में एनएम के संभावित अनुप्रयोग विविध और व्यापक रूप से स्वास्थ्य देखभाल, खाद्य उद्योग, सौंदर्य प्रसाधन, पेंट, कोटिंग्स और इलेक्ट्रॉनिक्स 3,4,5 जैसे क्षेत्रों से संबंधित हैं। सोने के नैनोकणों (एयूएनपी) को व्यापक रूप से नैनो टेक्नोलॉजी (जैसे, स्वास्थ्य देखभाल, सौंदर्य प्रसाधन, और इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में) में लागू किया जाता है, मुख्य रूप से उनके सरल निर्माण, आकार-निर्भर ऑप्टिकल विशेषताओं, सतह कार्यात्मकता क्षमता और भौतिक-रासायनिक गुणों के कारण, जो कई प्रमुख अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो सकते हैं6,7।

एनएम के संश्लेषण और लक्षण वर्णन में गुणवत्ता और पुनरुत्पादकता गुणवत्ता आश्वासन के लिए बेहद महत्वपूर्ण है, लेकिन नैनो-आधारित उत्पादों के सुरक्षित निर्माण के लिए भी, विशेष रूप से एनएम की प्रतिक्रियाशीलता के कारण, विशेष रूप से जटिल वातावरण में, जहां एनएम गुण, जैसे आकार वितरण और आकृति विज्ञान, तेजी से परिवर्तन से गुजर सकते हैं।8,9. नैनोस्केल से संबंधित गुणों की निगरानी के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए, स्कैनिंग / ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम / टीईएम) एनएम की उच्च-रिज़ॉल्यूशन (उप-नैनोमीटर के नीचे) ऑप्टिकल और रचनात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकें हैं; परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) ऊर्ध्वाधर (z अक्ष) आयाम में nanoscale संकल्प प्रदान करता है; और एक्स-रे विवर्तन (XRD) NMs की परमाणु संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है; इन सभी विधियों का उपयोग केवल सूखे नमूनों (पाउडर) पर किया जा सकता है10,11. तरल मीडिया में एनएम के लक्षण वर्णन के लिए उपयुक्त तकनीकों में क्षेत्र प्रवाह फ्रैक्शनेशन (एफएफएफ) शामिल है, जो उनके आकार के आधार पर बड़े अणुओं, समुच्चय और कणों के अलगाव की अनुमति देता है; गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन (डीएलएस); और nanoparticle ट्रैकिंग विश्लेषण (NTA) - ब्राउनियन गति का उपयोग करके कणों के आकार वितरण प्रोफ़ाइल को निर्धारित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली दो विधियां - और पराबैंगनी-दृश्यस्पेक्ट्रोफोटोमेट्री (यूवी-विस), जो एनएम विशेषताओं जैसे आकार, एकत्रीकरण राज्य और अपवर्तक सूचकांक के मूल्यांकन की अनुमति देता है एक साधारण अवशोषण माप द्वारा आकार, एकत्रीकरण राज्य, और अपवर्तक सूचकांक11,12,13. यद्यपि ये सभी तकनीकें एनएम लक्षण वर्णन की अनुमति देती हैं, उनका प्रदर्शन उपकरण सेटअप, उपकरण से संबंधित मतभेदों, नमूना तैयारी के लिए जटिल पद्धति और उपयोगकर्ता की विशेषज्ञता के स्तर पर निर्भर करता है। इसके अलावा, अधिकांश तकनीकें एनएम आकार, नमूना अखंडता, या बिखरे हुए या एकत्रित कणों के बीच भेदभाव की वास्तविक समय की निगरानी की अनुमति नहीं देती हैं6. यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है जो एनएम आकार, एकाग्रता और एकत्रीकरण राज्य के गैर-आक्रामक और तेजी से वास्तविक समय का मूल्यांकन प्रदान करती है। इसके अतिरिक्त, यह न्यूनतम नमूना तैयारी के साथ एक सरल और सस्ती प्रक्रिया है, जो इस तकनीक को एक आवश्यक उपकरण बनाता है जो कई विषयों और बाजारों के भीतर कई प्रयोगशालाओं में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।6,12,14. यूवी-विज़ एक तरल नमूने के माध्यम से 180 और 1100 एनएम के बीच तरंग दैर्ध्य के विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संचरण को मापकर काम करता है। यूवी और वीआईएस वर्णक्रमीय श्रेणियां पराबैंगनी (170 एनएम से 380 एनएम), दृश्यमान (380 एनएम से 780 एनएम), और निकट-अवरक्त (780 एनएम से 3300 एनएम) के लिए तरंग दैर्ध्य सीमा को कवर करती हैं।4,14. नमूना सेल के माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को मापा जाता है; नमूने में प्रवेश करने वाले प्रकाश की तीव्रता को I के रूप में संदर्भित किया जाता है0, और दूसरी तरफ उभरने वाले प्रकाश की तीव्रता को I के रूप में नामित किया गया है114. बीयर-लैम्बर्ट कानून नमूना एकाग्रता सी के एक समारोह के रूप में ए (अवशोषण) के बीच संबंध को दर्शाता है, नमूना विलुप्त होने के गुणांक ε, और दो तीव्रता14. अवशोषण माप को एकल तरंग दैर्ध्य पर या एक विस्तारित वर्णक्रमीय सीमा पर एकत्र किया जा सकता है; मापा प्रकाश संचरण बियर-लैम्बर्ट कानून समीकरण का पालन करके एक absorbance माप में परिवर्तित हो जाता है। अवशोषण के लिए मानक समीकरण A = πlc है, जहां (A) किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के लिए नमूने द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा है (π) दाढ़ क्षीणन गुणांक (absorbance/(g/dm) है3) (l) वह दूरी है जो प्रकाश समाधान (सेमी) के माध्यम से तय करता है, और (c) प्रति इकाई आयतन (g/dm) की सांद्रता है3). अवशोषण की गणना एक संदर्भ नमूने की तीव्रता के बीच के अनुपात के रूप में की जाती है (I0) और अज्ञात नमूना (I), जैसा कि निम्नलिखित समीकरण में वर्णित है14:

Equation 1

यूवी-विस की सादगी इसे एक स्थापित माप प्रोटोकॉल 6,12,15 के पीटीएस की तुलना करने के लिए एक आदर्श तकनीक बनाती है। एक आईएलसी या पीटीएस का उद्देश्य एसओपी 15 का उपयोग करके एक विधि के प्रदर्शन और पुनरुत्पादन को सत्यापित करना है। यह, बदले में, अन्य उपयोगकर्ताओं के लिए नैनोपार्टिकल निलंबन के त्वरित लक्षण वर्णन के लिए एक मानकीकृत दृष्टिकोण प्रदान करता है।

यहां प्रस्तुत विधि की प्रवीणता, स्थिरता और विश्वसनीयता का आकलन करने के लिए, छह प्रयोगशालाओं ने क्षितिज 2020 एसीनेनो परियोजना (https://cordis.europa.eu/project/id/720952) के सदस्यों के रूप में एक आईएलसी में भाग लिया। आईएलसी में विभिन्न कण आकारों (5-100 एनएम) के मानक एयू कोलाइड फैलाव के यूवी-विज़ लक्षण वर्णन शामिल थे। सभी शामिल प्रयोगशालाओं को एक एसओपी प्रदान किया गया था ताकि एयूएनपी निलंबन, मूल्यांकन और परिणामों की रिपोर्टिंग की समान तैयारी सुनिश्चित की जा सके ताकि एनएम भौतिक-रासायनिक लक्षण वर्णन, डेटा व्याख्या और औद्योगिक और नियामक आवश्यकताओं के लिए सर्वोत्तम अभ्यास प्रोटोकॉल में सुधार में एक कार्यान्वयन योग्य और मजबूत स्तरीय दृष्टिकोण के विकास में योगदान दिया जा सके।

Protocol

1. AuNP नमूनों की डिलीवरी:

  1. 5, 20, 40, 60, और 100 एनएम के आकार के साथ एयू कोलाइड फैलाव के 5 एमएल के ऐलीकोट तैयार करें, जिसमें 'अज्ञात आकार' के 50 μg / mL नमूना शामिल हैं (उपयोग किए गए नैनोमटेरियल्स के बारे में अधिक विशिष्ट विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें)।
  2. शिपिंग के दौरान एक उपयुक्त तापमान बनाए रखने के लिए प्रत्येक भाग लेने वाली प्रयोगशाला में जेल पैक के साथ 7 एमएल पॉलीस्टीरीन कंटेनरों में नमूने भेजें। नमूनों को तुरंत 4 डिग्री सेल्सियस पर स्टोर करें।
    नोट:: 'अज्ञात आकार' नमूना 80 nm का एक आकार प्रस्तुत करना होगा; इस जानकारी को सामग्री वितरित करने वाले साथी द्वारा जाना जाना चाहिए, लेकिन अन्य भागीदारों को प्रकट नहीं किया जाना चाहिए।

2. spectrophotometer के अंशांकन:

  1. दीपक को गर्म करने की अनुमति देने के लिए कम से कम 20 मिनट के लिए यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोमीटर को चालू करें।
    नोट: उपयोग किए गए स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के मॉडल और ब्रांड के लिए सामग्री की तालिका देखें।
  2. सॉफ़्टवेयर में, मोड विंडो से स्पेक्ट्रम स्कैन विकल्प का चयन करें, जो ऑपरेटिंग मोड प्रदर्शित करता है।
  3. इंस्ट्रूमेंट | में पैरामीटर सेटिंग्स समायोजित करें माप के साथ आगे बढ़ने से पहले सॉफ़्टवेयर में सेटिंग्स और पैरामीटर: मापन मोड | स्पेक्ट्रम स्कैन, डेटा मोड | ABS, 680 nm की तरंग दैर्ध्य शुरू करें, 380 nm की अंतिम तरंग दैर्ध्य , 400 nm/min की स्कैन गति , 0.5 का नमूना अंतराल , 1.5 की भट्ठा चौड़ाई , और 10 की पथ लंबाई ।
  4. पैरामीटर सेट किए जाने के बाद, अल्ट्राप्योर पानी (UPW) (18.2 M· Ω ·सेमी) के 1 मिलीलीटर के साथ दो क्यूवेट (3 एमएल; पॉलीस्टीरीन) भरें। प्रकाश पथ को कवर करने के लिए संदर्भ सेल धारक (रियर) और नमूना सेल धारक (सामने) में क्यूवेट रखें (उपयोग किए गए क्यूवेट के विशिष्ट ब्रांड और मॉडल के लिए सामग्री की तालिका देखें)।
    नोट:: सुनिश्चित करें कि cuvettes स्थित हैं और शोर प्रभाव और नमूना से संबंधित नहीं हैं जो अन्य पर्यावरणीय प्रभाव ों को रद्द करने के लिए सही ढंग से संरेखित हैं।
  5. UV-Vis इंस्ट्रूमेंट कवर बंद करें और कमांड बार से रिक्त का चयन करके रिक्त अंशांकन के साथ जारी रखें। आधार रेखा सुधार नमूना धारकों में रखा UPW के 1 mL के साथ भरे दो cuvettes के साथ एक संदर्भ चलाकर किया जाता है। अन्य भागीदारों द्वारा उपयोग किए जाने वाले वैकल्पिक प्रोटोकॉल के लिए, कृपया अनुपूरक जानकारी (SI) देखें.

3. नमूनों की तैयारी

  1. 5, 20, 40, 60, 100 एनएम, और अज्ञात आकार के प्रत्येक एयूएनपी के लिए 500 μL का एक subsample लें, और UPW के 500 μL के साथ एक कमजोर पड़ने की तैयारी करें।
  2. 1 एमएल क्यूवेट में पतला निलंबन रखें; कुल कमजोर पड़ने का अनुपात 1: 1 और अंतिम एकाग्रता 25 μg / mL होना चाहिए।
    नोट:: पतला नमूना तुरंत UV-Vis माप से पहले तैयार किया जाना चाहिए।

4. nanoparticle dispersions का मापन

  1. रिक्त अंशांकन किए जाने के बाद, और एक ताजा नमूना तैयार किया गया है, नमूना सेल धारक (सामने) में रिक्त क्यूवेट में से एक को एयूएनपी फैलाव नमूने के साथ बदलें; UPW के 1 mL से भरा अन्य संदर्भ cuvette अछूता छोड़ दिया जाना चाहिए.
    नोट:: नमूनों के बीच पार संदूषण से बचने के लिए विभिन्न नमूनों के लिए एक नया डिस्पोजेबल क्यूवेट का उपयोग करें। क्वार्ट्ज क्यूवेट का उपयोग करते समय, नमूनों के बीच यूपीडब्ल्यू के साथ नमूना क्यूवेट को कुल्ला करें।
  2. प्रत्येक पतला AuNP फैलाव के लिए स्पेक्ट्रम स्कैन चलाने के लिए कमांड बार से मापें/प्रारंभ करें विकल्प का चयन करें। अज्ञात आकार के नमूने सहित प्रत्येक AUNP नमूने के लिए तीन स्पेक्ट्रम स्कैन रन प्राप्त किए जाने चाहिए।
    नोट:: सुनिश्चित करें कि रिक्त cuvette संदर्भ कक्ष धारक में रहता है जब कोई माप चल रहा है।

5. रिपोर्टिंग परिणाम

  1. फ़ाइल मेनू का चयन करके और रिपोर्ट निर्यात करें (*.csv) फ़ाइल पर क्लिक करके किसी स्प्रेडशीट-संगत फ़ाइल में प्रत्येक माप के लिए कच्चा प्रयोगात्मक डेटा निकालें.
  2. अधिकतम अवशोषण तरंग दैर्ध्य (Absmax) और लैम्ब्डा (πmax) यूवी-विस रीडिंग में से प्रत्येक के लिए नोट करें और उन्हें प्रदान किए गए टेम्पलेट में रिकॉर्ड करें।
    नोट:: पूर्व-हस्ताक्षरित टेम्पलेट स्वचालित रूप से कार्यपुस्तिका में उपयुक्त परिकलन सूत्र सेट करके तरंग दैर्ध्य के औसत मानक विचलन की गणना करने के लिए ACEnano भागीदारों के लिए प्रदान किया गया था। अधिक जानकारी और टेम्पलेट तक पहुँच के लिए, अनुपूरक जानकारी (SI) देखें.
  3. कार्यपुस्तिका में, ज्ञात नैनोपार्टिकल आकार (nm) (5, 20, 40, 60, और 100 nm) के विरुद्ध πmax (y-अक्ष) के औसत के साथ एक अंशांकन वक्र प्लॉट करें. उदाहरण के लिए, स्प्रेडशीट में, कमांड बार डेटा | में चयन करके अंशांकन वक्र बनाएँ ग्राफ़ | सम्मिलित करें तितर बितर प्लॉट | ट्रेंडलाइन | जोड़ें बहुपद वक्र (पावर 2).
  4. अंशांकन वक्र के लिए बहुपद समीकरण शामिल करें: trendline विकल्प | का चयन करें आदेश पट्टी (चित्र1) से चार्ट पर समीकरण प्रदर्शित करें.
  5. अंत में, AuNP नमूने के अज्ञात आकार की गणना करने के लिए, अंशांकन वक्र से बहुपद समीकरण को अलग करें ताकि द्विघात सूत्र (चित्रा 1) की व्युत्पत्ति का उपयोग करके अज्ञात के लिए माध्य मान को फिट किया जा सके। परिकलित आकार को संगतता, तेज़ व्याख्या और परिणामों के मूल्यांकन के लिए डेटा का पूर्ण सारांश पूरा करने के लिए टेम्पलेट में शामिल किया जा सकता है (SI देखें).

Figure 1
चित्रा 1: अंशांकन वक्र अज्ञात नमूने के आकार की गणना करने के लिए। प्लॉट तरंग दैर्ध्य (πmax) और अंशांकन को प्लॉट करने के लिए उपयोग किए जाने वाले AuNPs के आकार का प्रतिनिधित्व करता है। प्लॉट एक साथी से केवल एक अंशांकन वक्र दिखाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Representative Results

यूवी-विज़ नैनोपार्टिकल लक्षण वर्णन के लिए सबसे लोकप्रिय तकनीकों में से एक है क्योंकि यह उपयोगकर्ता को एनएम के गुणों का सटीक विश्लेषण प्राप्त करने की अनुमति देता है जैसे कि Absmax और πmax6,12। वर्तमान अध्ययन के परिणाम छह भाग लेने वाली प्रयोगशालाओं के बीच एक आईएलसी के माध्यम से एयूएनपी फैलाव के यूवी-विज़ लक्षण वर्णन का प्रतिनिधित्व करते हैं।

Figure 2
चित्रा 2: लैम्ब्डा और absorbance परिणाम. आंकड़े विभिन्न AUNP आकारों के लिए प्रत्येक प्रयोगशाला द्वारा रिपोर्ट किए गए परिणामों के लिए भूखंडों को दिखाते हैं। ए) लैम्ब्डा अधिकतम परिणाम। बी) Absorbance अधिकतम परिणाम. प्रयोगशाला 5 नमूना संदूषण के कारण 100 एनएम के लिए डेटा की रिपोर्ट करने में सक्षम नहीं था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

πmax तरंग दैर्ध्य के लिए परिणाम भागीदारों के बीच करीब repeatability दिखाया (चित्रा 2A). यह गणना की गई सीमा के लिए भी मामला था, जिसका उपयोग मूल्यों के बीच के अंतर का आकलन करने के लिए किया गया था, और जिसने अधिकांश एयूएनपी आकारों (तालिका 1) के लिए 1.00 और 2.40 (πmax) के बीच छोटे अंतर दिखाए थे। प्रत्येक AuNP आकार के लिए प्रत्येक प्रयोगशाला के लिए रिकॉर्ड किए गए माध्य का उपयोग करके गणना की गई समग्र πmax माध्य, इसी तरह अधिकांश आकारों के लिए कम मानक विचलन प्रदर्शित करता है। 100 एनएम आकार एकमात्र छूट थी, क्योंकि इसने भागीदारों के बीच एक उच्च भिन्नता सीमा (4.66मैक्स) प्रदर्शित की, जिससे अन्य एयूएनपी आकारों (तालिका 1) की तुलना में अधिक मानक विचलन (572 ± 2.00 एनएम) हो गया। यह उल्लेख करना महत्वपूर्ण है कि प्रयोगशाला 5 संदूषण के मुद्दों के कारण 100 एनएम आकार के कणों के लिए कोई माप करने में सक्षम नहीं थी, जो परिणामों की पुनरावृत्ति से समझौता कर सकती थी।

इसके विपरीत, absorbance परिणामों (Absmax) डेटा मूल्यों की एक अधिक बिखरी हुई रेंज (चित्रा 2B) का प्रदर्शन किया की तुलना में πmax परिणामों की तुलना में. प्रयोगशालाओं के बीच इन परिणामों की स्पष्ट रूप से उच्च परिवर्तनशीलता के बावजूद, विश्लेषण ने प्रयोगशालाओं के बीच कम मानक विचलन और अप्रत्याशित अवर भिन्नता श्रेणियों (0.11-0.21 Absmax) के साथ समग्र साधनों को प्रदर्शित किया, जो कि πmax परिणामों की तुलना में (तालिका 1)।

मूल्य AuNP (nm)
5 20 40 60 100 अज्ञात
श्रेणी πmax 1.45 1.00 3.00 2.00 4.66 2.40
रेंज Aumax 0.12 0.11 0.13 0.13 0.12 0.21
माध्य πmax 517.7 ± 0.59 524.6 ± 0.45 527.8 ± 1.13 535.3 ± 0.74 572 ± 2.00 549.7 ± 0.85
माध्य Aumax 0.395 ± 0.048 0.497 ± 0.050 0.509 ± 0.057 0.689 ± 0.055 0.472 ± 0.051 0.661 ± 0.101

तालिका 1: लैम्ब्डा और Absorbance परिकलित सीमा और मतलब है. प्रत्येक AuNP आकार के लिए सीमा और समग्र माध्य और मानक विचलन दिखाया गया है। परिणामों की गणना लैम्ब्डा और प्रत्येक प्रयोगशाला (छह माप) के लिए अवशोषण के लिए रिपोर्ट किए गए माध्य का उपयोग करके की गई थी, 100 एनएम आकार को छोड़कर, जिसके लिए प्रयोगशाला 5 द्वारा रिपोर्ट किए गए नमूना संदूषण के कारण मूल्यों की गणना करने के लिए केवल 5 मापों का उपयोग किया गया था।

Z-स्कोर मानों की गणना समग्र माध्य से व्यक्तिगत मूल्यों की दूरी को नोट करने के लिए भी की गई थी। जेड-स्कोर के विश्लेषण ने आईएलसी परिणामों के विश्वास के बारे में जानकारी प्रदान की, क्योंकि स्कोर सीधे जनसंख्या वितरण से संबंधित हैं, कई मानक विचलनों में, एक डेटा बिंदु माध्य 16 से कितनी दूर है। परिणामों में, अधिकांश प्रयोगशालाओं ने 0.01-1.93 के सकारात्मक जेड-स्कोर मूल्यों को दिखाया, यह दर्शाता है कि अधिकांश परिणाम माध्य के करीब थे और एक सामान्य वितरण वक्र प्रस्तुत किया गया था, क्योंकि जेड-स्कोर 2 और -2 के पूर्ण मूल्य से अधिक है, उन्हें ऐसे मूल्य माना जाता है जो माध्य से दूर हैं और सामान्य वितरण नहीं हैं16। Absmax के लिए उच्चतम Z-स्कोर प्रयोगशाला 1 द्वारा रिपोर्ट किए गए 40 एनएम आकार के लिए दर्ज किया गया था, जिसमें 1.93 का मान और 530 ± 0 का Absmax औसत था, 527.82 ± 1.13 (चित्रा 3A) के समग्र औसत की तुलना में। 1.23 के अधिकतम Z-स्कोर मान को प्रयोगशाला 3 द्वारा 0.395 ± 0.04 के समग्र माध्य की तुलना में 5 nm AuNP आकार के लिए 0.454 ± 0 के एक रिपोर्ट किए गए πmax के साथ सूचित किया गया था। इसके बाद 1.18 के जेड-स्कोर के साथ 60 एनएम एयूएनपी और 0.689 ± 0.05 के समग्र औसत की तुलना में 0.754 ± 0 का एक πmax माध्य था। शेष आकारों ने -0.04 से -1.23 (चित्र3B) तक Z-स्कोर मान प्रदर्शित किए.

Figure 3
चित्रा 3: लैम्ब्डा और Absorbance Z-स्कोर। Z-स्कोर की गणना समग्र माध्य के खिलाफ प्रत्येक प्रयोगशाला द्वारा रिपोर्ट किए गए परिणामों का उपयोग करके की गई थी। ए) परिकलित लैम्ब्डा अधिकतम जेड-स्कोर। बी) परिकलित अवशोषण अधिकतम जेड स्कोर. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अज्ञात नमूने के लिए परिणामों से पता चला कि अधिकांश भागीदारों ने आकार की गणना 76-80 एनएम होने के लिए की थी। प्रयोगशालाओं 1-4 और 6 का माध्य 78.02 ± 1.36 एनएम के रूप में दर्ज किया गया था। प्रयोगशाला 5 ने 109 एनएम के एक बड़े आकार की सूचना दी, जो 83.18 ± 12.70 एनएम तक समग्र औसत और मानक विचलन को बढ़ाता है, यह सुझाव देता है कि यह मान एक बाहरी था (चित्रा 4 ए)। जेड-स्कोर की गणना सभी प्रयोगशालाओं के लिए -0.25 से -0.56 के बीच होने के लिए की गई थी; एकमात्र अपवाद प्रयोगशाला 6 द्वारा रिपोर्ट किए गए अज्ञात आकार के लिए था, जिसने सभी मापों की तुलना में उच्चतम सकारात्मक जेड-स्कोर (2.03) प्रदर्शित किया, जिसे एक मूल्य के रूप में माना जा सकता है जो माध्य (चित्रा 4 बी) से दूर है।

Figure 4
चित्रा 4: अज्ञात नमूना आकार और Z-स्कोर। ए) प्रदान किए गए अज्ञात नमूने के लिए प्रत्येक प्रयोगशाला के लिए रिपोर्ट किया गया आकार। बी) 83.18 ± 12.70 एनएम के समग्र माध्य के खिलाफ प्रत्येक व्यक्तिगत परिणाम के लिए जेड-स्कोर की गणना की। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक जानकारी (SI): कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें।

Discussion

नैनोस्केल से संबंधित गुणों के लक्षण वर्णन के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं (उदाहरण के लिए, विश्लेषणात्मक अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन (एयूसी), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी / ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम / टीईएम), और डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (डीएलएस) 10,11)। हालांकि, इन तकनीकों में NMs12,13 के लक्षण वर्णन में प्राथमिक परिणाम प्राप्त करने के लिए UV-Vis की सादगी की कमी है। यूवी-विस एक आम साधन है, यहां तक कि इतनी अच्छी तरह से सुसज्जित प्रयोगशालाओं में भी, यह NMs6 के लक्षण वर्णन के लिए एक अपराजेय उपकरण बना रहा है। एनएम की विशेषता करते समय, लागू की जाने वाली तकनीकों की सीमाओं, शक्तियों और कमजोरियों पर विचार करना महत्वपूर्ण है। यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोमीटर में, प्रकाश बीम नमूना डिब्बे से गुजरता है जिसके परिणामस्वरूप अवशोषण मूल्य होते हैं; नतीजतन, बाहरी कंपन, प्रकाश के बाहर, दूषित पदार्थ, और उपयोगकर्ता का प्रदर्शन माप और परिणाम 4,12 के साथ हस्तक्षेप कर सकता है। इसी तरह, एक अज्ञात नमूने के आकार को निर्धारित करने के लिए एक अंशांकन वक्र की साजिश करते समय, अंशांकन के निर्माण के लिए आवश्यक सभी मापों को पंजीकृत करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि लापता कारक माप और उपयोगकर्ताओं के बीच भिन्नताओं में योगदान कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, अज्ञात नमूने के समग्र Absmax माध्य में उच्च भिन्नता को बीम तीव्रता, स्थिति और उपकरण के बीच निर्भरता के कारण प्रयोगशालाओं के बीच अंतर से जोड़ा जा सकता है17,18। इसके अलावा, एक संदूषण समस्या के कारण प्रयोगशाला 5 से 100 एनएम आकार के लिए लापता डेटा, परिणामों के बीच उच्च अंतर में भी योगदान कर सकता है, क्योंकि लापता डेटा ने अंशांकन वक्र और अज्ञात एयूएनपी निलंबन के आकार की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्लॉट किए गए बहुपद समीकरण को प्रभावित किया हो सकता है। निश्चित रूप से, प्रोटोकॉल और प्रयोगशालाओं के बीच पुनरुत्पादन जटिल हो सकता है, क्योंकि कई कारक प्रयोगशाला गतिविधियों में स्थिरता की कमी में योगदान कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप शोधकर्ता कभी-कभी अन्य प्रयोगशालाओं से निष्कर्षों को पुन: पेश करने में असमर्थ होते हैं, जिससे धीमी वैज्ञानिक प्रगति, बर्बाद समय, पैसा और संसाधन हो सकते हैं। एनएम के भौतिक-रासायनिक गुणों के सफल लक्षण वर्णन, विशेष रूप से आकार, सभी भाग लेने वाली प्रयोगशालाओं द्वारा एक आसान-से-निष्पादित विधि की आवश्यकता होती है, जिसे ज्यादातर एक व्यवस्थित और वैचारिक प्रतिकृति का पालन करके संबोधित किया जा सकता है, जैसे कि एसओपी का निर्माण, उपकरण प्रशिक्षण, और गलत पहचान या क्रॉस-दूषित नमूनों के उपयोग से बचना15,19।

इसी तरह, कोलाइड निलंबन की गुणवत्ता और स्थिरता भी विचार करने के लिए महत्वपूर्ण कारक हैं, क्योंकि उनके भौतिक-रासायनिक गुणों में परिवर्तन से विभिन्न परिणाम हो सकते हैं। इसलिए, लंबी अवधि के लिए उनकी स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, नैनोपार्टिकल निलंबन को 4 डिग्री सेल्सियस पर अंधेरे में संग्रहीत किया जाना चाहिए। इसी तरह, शिपिंग प्रक्रिया के दौरान, एलीकोट किए गए नमूनों को ठंडा रखा जाना चाहिए, क्योंकि कमरे के तापमान पर लंबी अवधि महत्वपूर्ण एकत्रीकरण 20 का कारण बन सकती है। इसके अतिरिक्त, एनएम लक्षण वर्णन में विफलताओं को दूर करने के लिए, सहयोगी प्रयोगशालाओं के बीच मूल डेटा, प्रोटोकॉल और प्रमुख अनुसंधान सामग्री तक पहुंच प्रदान करना आवश्यक है, खासकर, जब आईएलसी 15 के माध्यम से प्रवीणता, स्थिरता और विश्वसनीयता का आकलन किया जाता है। इन कारकों को स्पष्ट और सुलभ बनाना किसी भी प्रयोगशाला या उपकरण द्वारा एक सफल एनएम लक्षण वर्णन प्राप्त करने की कुंजी है। इन पहलुओं को नजरअंदाज करने से पुनरुत्पादन, सटीकता और भ्रामक या गलत परिणामों की कमी हो सकती है15। यद्यपि यूवी-विस स्पेक्ट्रोस्कोपी को एनएम लक्षण वर्णन में सोने का मानक होने का प्रदर्शन किया गया है, लेकिन इसका कई अन्य क्षेत्रों में शोषण किया जा सकता है क्योंकि यह अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों दोनों में समाधान की विस्तारित गतिशील सीमा के मात्रात्मक निर्धारण की अनुमति देता है6,21।

इसके अलावा, यूवी-विज़ को आसानी से विभिन्न प्रकार की विशेषताओं को मापने के लिए अन्य उपकरणों के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे किसी भी विश्लेषण की गुणवत्ता में सुधार होता है22। इन विशेषताओं के आधार पर, यूवी-विस का व्यापक रूप से कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है जैसे कि उच्च एकाग्रता प्रोटीन समाधानों में यूवी-विज़ स्पेक्ट्रा को मापकर बायोफार्मास्युटिकल क्षेत्र में, पर्यावरणीय नियंत्रण में जब वास्तविक समय में संदूषकों और उनके उत्पाद से संबंधित अशुद्धियों के बीच समानता की तुलना करते हैं, औद्योगिक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में अपशिष्ट जल रंग निर्धारण और स्वीकार्यता स्तर 22 के लिए नियमों के हिस्से के रूप में, २३ । निश्चित रूप से, जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी प्रगति करती है और अधिक उन्नत विशेषताएं और अनुभव स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री में उपलब्ध हो जाते हैं, इस तकनीक का उपयोग करके मापा जा सकने वाले अनुप्रयोगों और मापदंडों का और विस्तार होगा22। उदाहरण के लिए, क्षेत्र अनुप्रयोगों में, ऑन-लाइन यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोमेट्री वास्तविक समय में और विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थों में कई मापदंडों की निगरानी के लिए एक मूल्यवान उपकरण है, जो ऑनलाइन सेंसर सिस्टम 22 के बीच एक असाधारण विशेषता है।

यहां वर्णित आईएलसी को एच 2020 एसीएनानो परियोजना में शामिल छह भाग लेने वाली प्रयोगशालाओं के बीच यूवी-विज़ के लिए विकसित एसओपी के परीक्षण के रूप में डिज़ाइन किया गया था। परिणामों के विश्लेषण से पता चला है कि एक आईएलसी प्रत्येक प्रतिभागी प्रयोगशाला द्वारा एनएम लक्षण वर्णन के लिए एक आंतरिक विधि में तकनीकी विश्वास की अनुमति देने के लिए मूल्यवान जानकारी प्रदान करता है। एक स्थापित टेम्पलेट में डेटा संग्रह ने परिणामों की स्थिरता और तेज व्याख्या की पुष्टि की और एक अज्ञात एयूएनपी नमूने के आकार के अनुमान के लिए एक मॉडल प्रदान किया, जिसने अंशांकन वक्र में पर्याप्त बिंदुओं को शामिल करने पर परिणामों के बीच पुनरावृत्ति भी प्रदर्शित की। इसके अलावा, परिणामों ने एनएम लक्षण वर्णन के लिए यूवी-विज़ की प्रभावशीलता के साथ-साथ सर्वोत्तम अभ्यास प्रोटोकॉल के निर्माण के महत्व को मान्य किया। इस तरह के एक दृष्टिकोण आगे लागू प्रक्रिया के लिए एक अवसर प्रदान करता है पुन: प्रस्तुत करने योग्य एनएम लक्षण वर्णन प्रोटोकॉल के माध्यम से एक विधायी ढांचे के विकास के लिए योगदान विधि चयन और डेटा व्याख्या के आधार पर जो प्रत्यायन नियामकों और अनुसंधान प्रबंधन निकायों के लिए प्रासंगिक हैं।

Disclosures

लेखकों ने घोषणा की है कि उनके पास कोई प्रतिस्पर्धी हित नहीं है।

Acknowledgments

एसीक्यू मेक्सिको में नेशनल काउंसिल फॉर साइंस एंड टेक्नोलॉजी (CONACyT) को पीएचडी अध्ययन के वित्तपोषण के लिए धन्यवाद देना चाहता है। सभी लेखक यूरोपीय संघ क्षितिज 2020 कार्यक्रम (H2020) से अनुदान समझौते no 720952, परियोजना ACEnano (NMBP-26-2016 कॉल) के तहत समर्थन को स्वीकार करते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Absorption Ultra-Micro-cuvette, 200 µL Hellma 105.201-QS
Cary 5000 spectrophotometer (Spectrophotometer C) Agilent Cary 5000
Gold nanoparticles 5 nm BBI solutions EM.GC5
Gold nanoparticles 20 nm BBI solutions EM.GC20
Gold nanoparticles 40 nm BBI solutions EM.GC40
Gold nanoparticles 60 nm BBI solutions EM.GC60
Gold nanoparticles 80 nm BBI solutions EM.GC80
Gold nanoparticles 100 nm BBI solutions EM.GC100
Agilent / HP 8453 (Spectrophotometer E)
Jenway 6800 spectrophotometer (Spectrophotometer A) Jenway UV6800
Polystyrene cuvette, 1.5 mL, micro 10 mm pathlength Sigma 759015
Polystyrene cuvette, 3 mL (10 mm x 10 mm x 45 mm) Sarstedt Inc 67.742
Semi-micro quartz cuvette, 1mL (1 mm x 10 mm x 45 mm) Agilent 6610001
Ultrapure water (UPW) (18.2 MΩcm).  / /
UV-1800 spectrophotometer (Spectrophotometer B) Shimadzu UV1800
Varian Cary 50 spectrophotometer (Spectrophotometer D) Agilent Cary 50

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References

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इंजीनियरिंग अंक 176 पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूवी-विज़) गोल्ड नैनोकणों (AuNP) लक्षण वर्णन Interlaboratory तुलना (आईएलसी) मानक संचालन प्रक्रिया (एसओपी) Nanomaterials
यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपिक जलीय मीडिया में Nanomaterials के लक्षण वर्णन
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Quevedo, A. C., Guggenheim, E., Briffa, S. M., Adams, J., Lofts, S., Kwak, M., Lee, T. G., Johnston, C., Wagner, S., Holbrook, T. R., Hachenberger, Y. U., Tentschert, J., Davidson, N., Valsami-Jones, E. UV-Vis Spectroscopic Characterization of Nanomaterials in Aqueous Media. J. Vis. Exp. (176), e61764, doi:10.3791/61764 (2021).

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