Die Messung der Partikelgrößenverteilung in trüber Lösungen durch Dynamic Light Scattering Mikroskopie

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, zu zeigen, dass dynamische Lichtstreuung und konfokale Mikroskopie verwendet werden können, um die Partikelgrößenverteilung in trüben Lösungen ohne Verdünnung zu messen. Dies ist der Aufbau für das dynamische Lichtstreumikroskop. Er verfügt über einen Festkörperlaser, der einen Dauerstrichbetrieb von 30 Milliwatt bei 488 Nanometern ermöglicht.

Es gibt auch eine Avalanche-Fotodiode, einen Autokorrelator, der für Messungen an einen Computer angeschlossen ist. Das inverse Mikroskop im Aufbau verfügt über einen Tisch mit einem Temperaturregler. Die Box enthält die restlichen optischen Elemente, die für das Experiment benötigt werden.

Dieser Schaltplan bietet eine vollständigere Ansicht des Layouts für die Einrichtung. Nach der Formung des Strahlprofils wird der Strahl in das Mikroskop eingeführt. Die Lichtstreuung wird mit einer Rückstreugeometrie erhalten und zu einem Detektor geführt.

Ein Launch-Spiegel ermöglicht die Beobachtung eines Teils des reflektierten Lichts über eine CCD-Kamera. Die Proben für das Experiment müssen einen Tag vorher vorbereitet werden. Für die Probenvorbereitung werden 20 Milliliter entgastes, deionisiertes Wasser sowie gereinigtes NIPA benötigt.

Darüber hinaus werden geringe Mengen an TMEDA und Ammoniumpersulfat benötigt. Bei den Vorbereitungsschritten kommen außerdem ein Eiswasserbad auf einem Rührer, zwei Reaktionsgefäße, Aluminiumfolie und eine Quelle für den Argongasfluss zum Einsatz. Beginnen Sie mit dem Abmessen von 9,5 Millilitern entgastem und entionisiertem Wasser in ein Reaktionsgefäß.

Gib den NIPA in das Wasser. Schieben Sie dann das Reaktionsgefäß in das Eiswasserbad auf dem Rührwerk und setzen Sie den Rührstab ein. Verwenden Sie Aluminiumfolie, um das Bad und das Gefäß abzudecken, um die Reaktion vor Licht zu schützen.

Verwenden Sie eine Pipettenspitze, die mit der Argonquelle verbunden ist, um einen mäßigen Argonfluss in die Lösung zu gewährleisten. Schalten Sie den Rührer ein, um die Lösung 10 Minuten lang vorsichtig zu rühren. Verwenden Sie anschließend eine Mikropipette, um 11,9 Mikroliter TMEDA zu messen.

Ziehen Sie die Folie kurz zurück, um das TMEDA zur Lösung hinzuzufügen, und rühren Sie dann eine weitere Minute lang unter Argongas weiter. Während die Probe gerührt wird, mit dem zweiten Reaktionsgefäß arbeiten. Geben Sie 4 Milligramm Ammoniumpersulfat in das Gefäß.

Fügen Sie dann 0,5 Milliliter entgastes und entionisiertes Wasser hinzu. Wenn sich das Ammoniumpersulfat aufgelöst hat, geben Sie die Lösung in die Probenlösung und rühren Sie 30 Sekunden lang unter Argonfluss weiter. Nehmen Sie nach 30 Sekunden das Reaktionsgefäß aus dem Eisbad und rühren Sie

Decken Sie das Gefäß zur Vorbereitung der Lagerung mit Alufolie ab und stellen Sie die Lösung zur Lagerung bei vier Grad Celsius über Nacht in einen Kühlschrank, bevor Sie sie verwenden. Nachdem Sie die Probenlösung entnommen haben, bereiten Sie sie für die Verwendung mit dem Mikroskop vor. Halten Sie zwei Objektträger, zwei kreisförmige Glasabdeckungen und den entsprechenden Kleber bereit, um ein Muster und einen Standard-Referenzobjektträger herzustellen.

Messen Sie für den Probenobjektträger 60 Mikroliter der Probenlösung ab. Geben Sie die Lösung in einen der Objektträger. Decken Sie die Lösung mit einer kreisförmigen Abdeckung ab und achten Sie darauf, dass keine Luftblasen eingeschlossen werden.

Entfernen Sie überschüssige Lösung mit einer Mikropipette und Labortüchern. Tragen Sie dann Klebstoff auf den Umfang der Abdeckung auf, um den Lösungsobjektträger abzudichten. Erstellen Sie als Nächstes eine Standardreferenz.

Verwenden Sie dazu eine Polystyrol-Latexlösung mit 0,1 Gewichtsprozent. Geben Sie in den zweiten Objektträger 60 Mikroliter der Polystyrol-Latexlösung, decken Sie ihn mit einer Glasabdeckung ab und stellen Sie sicher, dass keine Blasen eingeschlossen werden. Nachdem Sie überschüssige Lösung entfernt haben, tragen Sie Klebstoff auf, um die Lösung im Objektträger zu versiegeln.

Lassen Sie den Kleber bei beiden Dias bei Raumtemperatur trocknen. Bringen Sie an dieser Stelle den Objektträger zum inversen Mikroskop, das mit einer 10-fach-Objektivlinse ausgestattet ist, und legen Sie ihn auf den Mikroskoptisch. Das Deckglas sollte nach unten zeigen.

Fahren Sie fort, indem Sie einen Strahldämpfer vor dem Detektor platzieren. Wenden Sie anschließend den Laserstrahl durch die Objektivlinse auf die Probe an. Fahren Sie mit der Arbeit mit der Objektive fort.

Passen Sie die Höhe des Objektivs an, um den Fokuspunkt festzulegen. Wenn das Objektiv mit dem CCD betrachtet wird, wird das reflektierte Bild, wenn es sich aus seiner niedrigsten Position erhebt, zuerst auf die Oberfläche des Deckglases fokussiert. Anschließend fokussiert es sich auf die Grenzfläche zwischen dem Deckglas und der Probe.

Es fokussiert sich ein drittes Mal auf die Grenzfläche zwischen der Probe und dem Objektträgerglas. Legen Sie den Mittelpunkt zwischen der Cover-Musterschnittstelle und der Musterfolienschnittstelle fest. Dämpfen Sie das Streulicht, indem Sie die Laserleistung reduzieren.

Entfernen Sie dann den Strahlblock, um Streulicht in den Detektor zu bringen. Wenn Sie bereit sind, initiieren Sie eine 30-sekündige Zeitkorrelationsmessung über den Steuercomputer. Stellen Sie anschließend den Brennpunkt des Mikroskops ein, bevor Sie die Messung wiederholen.

Verwenden Sie mehrere Fokuspunkte, um einen weiten Bereich für die Anfangsamplitude der Zeitkorrelationsfunktion zu erhalten. Wenn genügend Daten gesammelt wurden, platzieren Sie einen Strahldämpfer vor dem Detektor. Entfernen Sie am Mikroskop den Standard-Objektträger.

Starten Sie die Probenmessung mit einem leeren Mikroskoptisch und stellen Sie die Temperatur auf 25 Grad Celsius ein. Legen Sie dann den vorbereiteten Objektträger mit der Deckseite nach unten auf den Tisch. Passen Sie die Höhe der Objektivlinse an, um die Schnittstelle des Abdeckungsmusters zu identifizieren.

Passen Sie es weiter an, um die Benutzeroberfläche der Beispielfolie zu finden. Stellen Sie für die Messung den Brennpunkt zwischen diesen beiden Positionen ein. Entfernen Sie den Strahldämpfer vor dem Detektor.

Führen Sie am Computer eine 30-Sekunden-Zeitkorrelationsmessung durch. Stellen Sie als Nächstes die Bühnentemperatur auf 35 Grad Celsius ein. Da dieses Klima über der unteren kritischen Lösungstemperatur liegt, wechselt die Lösung von klar zu trüb.

Führen Sie eine weitere Messung der Zeitkorrelationsfunktion durch. Hier sind die Zeitkorrelationsfunktionen für den Polystyrol-Latex-Suspensionsstandard bei zwei verschiedenen Brennpunkten. Die rote Kurve entspricht einer Zeitkorrelationsfunktion, deren Anfangsamplitude ungefähr eins beträgt.

Die blaue Kurve entspricht einer Anfangsamplitude von etwa 0,2. Dies ist die Größenverteilung, die durch die inverse Laplace-Transformation der Daten mit einer Anfangsamplitude von 0,2 erhalten wird. Bei der Berechnung wird der Effekt der partiellen Überlagerung berücksichtigt.

Der nominale Teilchenradius beträgt 50 Nanometer. Diese Zeitkorrelationsfunktionen gelten für Poly(NIPA) unterhalb und oberhalb der unteren kritischen Lösungstemperatur. Die schwarze Kurve entspricht einer Messung bei 25 Grad Celsius.

Die rote Kurve entspricht einer Messung bei 35 Grad Celsius und unmittelbar nachdem die Lösung trüb wurde. Die blaue Kurve ist für eine Messung bei 35 Grad Celsius, 20 Minuten, nachdem die Lösung trüb geworden ist. Im Folgenden finden Sie die Größenverteilungen, die den einzelnen Messbedingungen zugeordnet sind.

Unterhalb der unteren kritischen Lösungstemperatur beträgt der mittlere hydrodynamische Radius mehrere Zehntel Nanometer. Oberhalb der kritischen Temperatur beträgt die Größe etwa 1 Mikrometer. Die Verschiebung der Kurven mit der Temperatur und der Zeit deutet auf eine Zunahme der Aggregation hin.