Medición de Tamaño de Partícula de distribución en turbias Soluciones por Dynamic Light Scattering Microscopía

El objetivo general de este experimento es demostrar que la dispersión dinámica de la luz y la microscopía confocal se pueden utilizar para medir la distribución del tamaño de partícula en soluciones turbias sin dilución. Esta es la configuración del microscopio dinámico de dispersión de luz. Tiene un láser de estado sólido capaz de funcionar con ondas continuas de 30 milivatios a 488 nanómetros.

También hay un fotodiodo de avalancha, un autocorrelador conectado a una computadora para mediciones. El microscopio invertido en la configuración tiene una etapa con un regulador de temperatura. La caja contiene el resto de los elementos ópticos necesarios para el experimento.

Este esquema proporciona una vista más completa del diseño de la configuración. Después de dar forma al perfil del haz, el haz se introduce en el microscopio. La dispersión de la luz se obtiene con una geometría de retrodispersión y se guía a un detector.

Un espejo de lanzamiento permite observar parte de la luz reflejada a través de una cámara CCD. Las muestras para el experimento deben prepararse con un día de anticipación. La preparación de la muestra requiere 20 mililitros de agua desgasificada y desionizada, así como NIPA purificado.

Además, requiere pequeñas cantidades de TMEDA y persulfato de amonio. Los pasos de preparación también hacen uso de un baño de agua helada en un agitador, dos recipientes de reacción, papel de aluminio y una fuente de flujo de gas argón. Comience midiendo 9,5 mililitros de agua desgasificada y desionizada en un recipiente de reacción.

Agrega el NIPA al agua. A continuación, mueva el recipiente de reacción al baño de agua helada en el agitador y agregue la varilla de agitación. Use papel de aluminio para cubrir el baño y el recipiente para proteger la reacción de la luz.

Utilice una punta de pipeta conectada a la fuente de argón para organizar un flujo moderado de argón en la solución. Encienda el agitador para remover suavemente la solución durante 10 minutos. A continuación, utilice una micropipeta para medir 11,9 microlitros de TMEDA.

Brevemente, retire el papel de aluminio para agregar el TMEDA a la solución y luego continúe revolviendo bajo gas argón durante un minuto más. Mientras se agita la muestra, trabaje con el segundo recipiente de reacción. Coloque 4 miligramos de persulfato de amonio en el recipiente.

A continuación, añade 0,5 mililitros de agua desgasificada y desionizada. Cuando el persulfato de amonio se haya disuelto, agregue la solución a la solución de muestra y continúe agitando durante 30 segundos bajo flujo de argón. Después de 30 segundos, retire el recipiente de reacción del baño de hielo y agitador.

En preparación para el almacenamiento, cubra el recipiente con papel de aluminio, mueva la solución a un refrigerador para almacenarla a cuatro grados centígrados durante la noche antes de usarla. Después de recuperar la solución de muestra, prepárela para usarla con el microscopio. Tenga a mano dos portaobjetos de cavidad, dos cubiertas circulares de vidrio y pegamento adecuado, para hacer una muestra y un portaobjetos de referencia estándar.

Para el portaobjetos de muestra, mida 60 microlitros de la solución de muestra. Coloque la solución en uno de los portaobjetos de la cavidad. Cubra la solución con una cubierta circular, teniendo cuidado de no atrapar burbujas de aire.

Retire el exceso de solución con una micropipeta y toallitas de laboratorio. Luego, aplique pegamento en el perímetro de la cubierta para sellar el portaobjetos de solución. A continuación, cree una referencia estándar.

Para ello, utilice una solución de látex de poliestireno al 0,1 por ciento en peso. En el portaobjetos de la segunda cavidad, agregue 60 microlitros de la solución de látex de poliestireno, cúbrala con una cubierta de vidrio y asegúrese de que no queden burbujas atrapadas. Después de eliminar el exceso de solución, aplique pegamento para sellar la solución en el portaobjetos.

Para ambos portaobjetos, deje que el pegamento se seque a temperatura ambiente. En este punto, lleve el portaobjetos de referencia al microscopio invertido equipado con una lente de objetivo 10 veces y colóquelo en la platina del microscopio. La cubierta de vidrio debe mirar hacia abajo.

Continúe colocando un amortiguador de haz frente al detector. A continuación, aplique el rayo láser a la muestra a través de la lente del objetivo. Pasa a trabajar con la lente del objetivo.

Ajuste la altura de la lente para establecer el punto focal. Visto con el CCD, a medida que el objetivo se eleva desde su posición más baja, la imagen reflejada se enfocará primero en la superficie del cubreobjetos. A continuación, se centrará en la interfaz entre el cubreobjetos y la muestra.

Se enfocará por tercera vez en la interfaz entre la muestra y el cristal del portaobjetos. Establezca el punto focal entre la interfaz de muestra de portada y la interfaz de diapositiva de muestra. Atenúa la luz dispersa reduciendo la potencia del láser.

A continuación, retire el bloque de haz para introducir luz dispersa en el detector. Cuando esté listo, inicie una medición de correlación de tiempo de 30 segundos a través de la computadora de control. A continuación, ajuste el punto focal del microscopio antes de repetir la medición.

Utilice varios puntos focales para obtener un amplio rango para la amplitud inicial de la función de correlación de tiempo. Cuando se hayan recopilado suficientes datos, coloque un amortiguador de haz frente al detector. En el microscopio, retire el portaobjetos de referencia estándar.

Comience el proceso de medición de muestras con una platina de microscopio vacía y ajuste la temperatura a 25 grados centígrados. A continuación, coloque el portaobjetos de muestra preparado en el platón con la tapa hacia abajo. Ajuste la altura de la lente del objetivo para identificar la interfaz de muestra de cubierta.

Ajústelo aún más para encontrar la interfaz de diapositiva de muestra. Para la medición, establezca el punto focal entre estas dos posiciones. Retire el amortiguador de haz de delante del detector.

En la computadora, realice una medición de correlación de tiempo de 30 segundos. A continuación, ajuste la temperatura del escenario a 35 grados centígrados. Dado que esta temperatura templada está por encima de la temperatura crítica más baja de la solución, la solución pasará de clara a turbia.

Realice otra medición de la función de correlación de tiempo. Aquí están las funciones de correlación de tiempo para la suspensión de látex de poliestireno estándar en dos puntos focales diferentes. La curva roja corresponde a una función de correlación temporal cuya amplitud inicial es aproximadamente uno.

La curva azul corresponde a una amplitud inicial de aproximadamente 0,2. Esta es la distribución de tamaño obtenida por la transformada inversa de Laplace de los datos con una amplitud inicial de 0,2. El cálculo tiene en cuenta el efecto de la heterodina parcial.

El radio nominal de la partícula es de 50 nanómetros. Estas funciones de correlación de tiempo son para poli(NIPA) por debajo y por encima de la temperatura crítica de la solución más baja. La curva negra corresponde a una medición a 25 grados centígrados.

La curva roja corresponde a una medición a 35 grados centígrados, e inmediatamente después de que la solución se volviera turbia. La curva azul es para una medición a 35 grados Celsius, 20 minutos después de que la solución se volvió turbia. Estas son las distribuciones de tamaño asociadas con cada una de las condiciones de medición.

Por debajo de la temperatura crítica más baja de la solución, el radio hidrodinámico promedio es de varias décimas de nanómetros. Por encima de la temperatura crítica, el tamaño es de aproximadamente 1 micrómetro. El cambio en las curvas con el clima y el templado sugiere el crecimiento de la agregación.