Name: Misura della dimensione delle particelle di distribuzione in torbidi soluzioni da Dynamic Light Scattering Microscopia (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: Scopri la misura della distribuzione delle dimensioni delle particelle in soluzioni torbide mediante microscopia a scattering di luce dinamico. Questo metodo consente analisi accurate senza diluizione del campione.

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Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente da sovvenzioni per la ricerca scientifica dal Ministero dell'Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia (dal n. 25248027 alla laurea magistrale).

Preparazione 1. Esempio <ol><li> Purificazione di monomeri temperatura-sensibile <ol><li> Sciogliere 20 g di N -isopropylacrylamide (NIPA) in 100 mL di toluene. </li><li> Filtrare la soluzione sotto vuoto per eliminare la polvere. </li><li> Mescolare il filtrato con 500 ml di etere di petrolio. </li><li> Posizionare il recipiente di reazione in un bagno di ghiaccio-acqua. </li><li> Agitare la soluzione fino a quando i monomeri vengono precipitati (tipicamente 30 min). </li><li> Filtrare la soluzione sotto aspirazione per ottenere i monomeri precipitati. </li><li> Asciugare i monomeri a pressione ridotta (100 Pa) durante la notte. </li></ol></li><li> Preparazione della soluzione di polimero sensibile alla temperatura <ol><li> Degas 20 mL di acqua deionizzata per 1,0 minuti usando una pompa a membrana. </li><li> Sciogliere 780.8 mg di NIPA purificato in 9,5 ml di acqua degasata e deionizzata. </li><li> Posizionare il recipiente di reazione in un bagno di ghiaccio-acqua. </li><li> Proteggere la reazioneluce coprendo l'apparecchiatura con un foglio di alluminio. </li><li> Mescolare delicatamente la soluzione per 10 minuti, mentre l'introduzione di un moderato flusso di gas Ar delicatamente attraverso un puntale collegato alla bombola del gas con un tubo. </li><li> Aggiungere 11,9 ml di N, N, N ', N' -tetramethylethylenediamine alla soluzione tramite una micropipetta. </li><li> Agitare la soluzione per 1.0 minuti, mentre l'introduzione di gas Ar, come indicato nel punto 1.2.5. </li><li> Agitando il campione, sciogliere 4,0 mg di persolfato di ammonio in 0,5 mL di acqua degasata e deionizzata. </li><li> Mescolare la soluzione del campione (dal punto 1.2.7) e la soluzione di ammonio persolfato (dal punto 1.2.8). </li><li> Agitare la soluzione per 30 s, mentre l'introduzione di gas Ar, come indicato nel punto 1.2.5. </li><li> Coprire la soluzione con un foglio di alluminio e conservarlo in frigorifero (4 ° C) per una notte. </li></ol></li><li> Preparazione di fissaggio degli esemplari <ol><li> Mettere 60 ml di soluzione del campione (dapasso 1.2.11) in una diapositiva cavità. </li><li> Coprire la soluzione con un vetro di copertura circolare. Non essere attenti a bolle d'aria trappola. </li><li> Rimuovere la soluzione in eccesso utilizzando una micropipetta e di laboratorio salviette. </li><li> Sigillare il campione con la colla. Lasciare asciugare la colla a temperatura ambiente (tipicamente 6 h). </li><li> Preparare un altro vetrino pieno di lattice 0,1% in peso di polistirene (diametro delle particelle da 100 nm) sospensione seguendo i punti 1.3.1-1.3.4. Questa diapositiva viene utilizzato come standard. </li></ol></li></ol> Misura Size 2. particella con Dynamic Light Scattering microscopio <ol><li> Ottimizzazione dello strumento <ol><li> Posizionare il vetrino sospensione di polistirene (dal punto 1.3.5) sul palco del microscopio invertito. Il lato vetro di copertura deve essere rivolto verso il basso. </li><li> Inserire un ammortizzatore fascio davanti al rivelatore (un fotodiodo a valanga e un autocorrelatore). </li><li> Applicare un raggio laser (laser a stato solido, λ = 488 nm, 30 mW, continuaonda) per il campione attraverso una lente obiettivo (10 ×). Una parte della luce riflessa attraversa uno specchio lancio del microscopio ed è osservato da una telecamera CCD montata al porto lato del microscopio (Figura 1). </li><li> Regolare l'altezza della lente obiettivo per impostare il punto focale per la sospensione di esempio spostando l'altezza della lente obiettivo dalla posizione bassa a alta. Durante questa procedura, l'immagine riflessa è focalizzata tre volte: alla superficie del vetro di copertura, all'interfaccia tra il vetro di copertura e il campione, e all'interfaccia tra il campione e il vetro hole-scivolo. Impostare il punto focale tra il secondo e il terzo punto. </li><li> Attenuare l'intensità della luce dispersa cambiando la potenza del laser. </li><li> Introdurre la luce diffusa nel rivelatore rimuovendo la serranda fascio davanti al rivelatore. Questa unità misura la correlazione temporale delle intensità luminosa. </li><li> Impostare un foro stenopeico (φ = 50 micron) between il microscopio ed il rivelatore per ottenere l'effetto confocale. Regolare la posizione del foro di spillo per massimizzare l'intensità luminosa al rivelatore. </li><li> Misurare la funzione di correlazione tempo dell'intensità della luce diffusa per 30 s avviando il funzionamento del correlatore tramite un computer. La funzione di correlazione misurata è spesso espressa come g (2) (t) - 1, dove t è il tempo di correlazione 4 e <img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq1.jpg"> . Qui, I (t) è l'intensità della luce diffusa al tempo t e (•••) T è il tempo di media. Il tempo di decadimento sarà di circa 0,1 ms. </li><li> Regolare il punto focale di ottenere una vasta gamma per l'ampiezza iniziale della funzione di correlazione tempo (g (2) (t = 0) - 1). NOTA: L'ampiezza iniziale è fortemente influenzata dalla quantità di luce riflessa. Spostando il punto focale trainoard l'interfaccia tra il vetro di copertura e il campione, aumenta la quantità di luce riflessa. Per forti scatterers leggeri, come polistirene, l'ampiezza iniziale può essere modificato da 0 a 1. Tuttavia, è difficile impostare l'ampiezza iniziale vicino a 1 per soluzioni più comuni polimeri perché l'intensità della luce riflessa è molto superiore quella della luce diffusa. </li><li> Applicare l'inverso di Laplace trasformazione (utilizzando il programma di regolarizzazione vincolata CONTIN 13,14) per la funzione di correlazione tempo ottenuto per l'acquisizione della funzione di distribuzione delle dimensioni. Nei casi in cui l'ampiezza iniziale è impostato a meno di 0,2, la funzione di distribuzione del raggio idrodinamico mostrerà un forte picco di circa 100 nm, che è due volte il raggio effettivo (si veda la discussione per i dettagli). </li></ol></li><li> misurazione del campione <ol><li> Impostare la temperatura fase a 25 ° C. </li><li> Posizionare un vetrino preparato con poli-NIPA (PNIPA) solutione (fase 1.3.4) sul palco del microscopio. </li><li> Misurare la funzione di correlazione temporale delle intensità della luce diffusa seguendo i punti 2.1.4-2.1.8. Se l'ampiezza iniziale è maggiore di 0,2, regolare il punto focale di rendere l'ampiezza iniziale della funzione di correlazione volta meno di 0,2 seguendo passo 2.1.9. Una piccola ampiezza iniziale semplifica l'analisi. </li><li> Impostare la temperatura fase a 35 ° C e attendere fino a quando la soluzione diventa torbida. La temperatura più bassa soluzione critica (LCST) di soluzione PNIPA è di 32 ° C 15. </li><li> Misurare la funzione di correlazione momento seguenti operazioni 2.1.4-2.1.8. Se possibile, regolare la posizione del punto focale per rendere l'ampiezza iniziale della funzione di correlazione tempo inferiore a 0,2. Per soluzioni torbide, le loro ampiezze iniziali tendono ad aumentare, poiché l'intensità della luce aumenta sparsi mentre quella della luce riflessa rimane costante. </li><li> Applicare l'inverso Laplace transformatia funzioni di correlazione temporali ottenuti per ottenere le funzioni di distribuzione dimensioni. Si noti che la dimensione effettiva è la metà del valore ottenuto nei casi in cui l'ampiezza iniziale è inferiore a 0,2. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Hiroi, T., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Light+Scattering+Microscope%3A+Accessing+Opaque+Samples+with+High+Spatial+Resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Dynamic Light Scattering Microscope: Accessing Opaque Samples with High Spatial Resolution.</a> Opt. Express. 21, 20260-20267 (2013).</li>
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<li>Hiroi, T., Ata, S., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transitions+of+Aggregation+States+for+Concentrated+Carbon+Nanotube+Dispersion%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Transitions of Aggregation States for Concentrated Carbon Nanotube Dispersion.</a> J. Phys. Chem. C. 120, 5776-5782 (2016).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

L'ampiezza iniziale della funzione di correlazione tempo dipende fortemente dal punto focale, come mostrato nella Figura 2 (a). Questo contraddice apparentemente il fatto che la soluzione risulti omogenea (tranne per il sottile strato all'interfaccia) 8. Questa variazione di ampiezza iniziale è attribuita a una variazione della quantità di luce riflessa. Parziale teoria eterodina 16 prevede che l'ampiezza iniziale A, l'intensità della luce diffusa, I s, e l'intensità della luce riflessa, I r, soddisfano la seguente equazione 1 <img alt="Equazione 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq2.jpg"> Questa equazione mostra che la più grande I R diventa il più piccolo A diventa. Pertanto, A viene ridotta impostando la posizione focale vicino all'interfaccia. L'apparente di diffusione costante D A can essere ottenuto montando la funzione di correlazione tempo nel caso di soluzioni monodisperse: <img alt="Equazione 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq3.jpg"> dove <img alt="Equazione 4" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq4.jpg"> . Qui, n è l'indice di rifrazione del solvente (acqua, 1,33), θ è l'angolo dispersa (180 °), e λ è la lunghezza d'onda della luce (514,5 nm). Poiché abbiamo applicato geometria backscattering, il valore di q è fisso. Tuttavia, questo punto è risolto utilizzando diverse lunghezze d'onda della luce. Si prega di notare che qualsiasi tipo di sorgente laser ad onda continua è disponibile per costruire il microscopio DLS. Grazie al piccolo volume irradiato, il fattore di coerenza 17 è stimato a più di 0,99 ed è trascurabile. Per soluzioni polidispersi, la funzione di ripartizione di D A è ottenuta dalla trasformazione inversa di Laplace. esimo eterodina parzialiEory prevede anche che D A non è la stessa come la costante reale diffusione D. Queste due costanti di diffusione soddisfano la seguente equazione: <img alt="Equazione 5" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq5.jpg"> La costante di diffusione D viene convertito nel idrodinamico raggio R h usando l'equazione di Einstein-Stokes 4. Quando A = 1, questo rapporto diventa D A = D. In questo caso, il processo di conversione dei dati è la stessa che per la dispersione della luce dinamica comune. La linea rossa mostrata nella figura 2 (b) corrisponde a questo caso. Al contrario, questo rapporto diventa D A = 0,5 D al limite di A → 0. Quindi, la dimensione è stimata essere due volte più grande della dimensione reale quando A è piccolo (praticamente, inferiore a 0,2), come mostrato dalla linea blu di figura 2 (b) A è notevolmente piccolo, l'asse orizzontale può essere spostata, come mostrato nella Figura 2 (c). In linea di principio, possiamo convertire D A in D per qualsiasi valore di A. In pratica, tuttavia, è preferibile impostare l'ampiezza iniziale inferiore a 0,2, poiché il semplice approssimazione D A ~ 0,5 D vale. Le caratteristiche di spicco della tecnica di diffusione microscopio ottico dinamica sono state dimostrate con una soluzione PNIPA. La conformazione del PNIPA qui sotto e al di sopra della LCST è stato ampiamente studiato con piccoli angoli di scattering di neutroni 15,18. Al contrario, light scattering dinamico non è stato utilizzato per l'analisi PNIPA sopra la LCST causa della sua torbidità 19. Questo problema viene risolto dal microscopio ottico dispersione dinamica, come mostrato nelle figure 3 (a) e (b). La dimensione di questi aggregati è parecchio &amp;# 181; m, che non può essere ottenuta con uno piccolo angolo X-ray scattering di / neutroni o tecniche di scattering di luce convenzionali. Misure risolta in tempo che utilizzano questo sistema forniscono informazioni sul processo di aggregazione durante il cambio di temperatura. Lo svantaggio del microscopio della diffusione della luce dinamica è anche illustrata in figura 3. Per il risultato al di sotto del LCST, la funzione di correlazione temporale è fortemente influenzata dalla piccola quantità di polveri presenti (le linee nere in figura 3). Ad esempio, la funzione di correlazione tempo non decade completamente, anche con tempi di correlazione nell'ordine di 1,0 s. Questo perché il volume irradiato con questo apparato (circa 1,0 micron) è significativamente minore di quella irradiata con la consueta apparecchiatura dispersione della luce dinamica (circa 100 micron). Nei casi in cui l'intensità della luce diffusa è debole, il segnale viene oscurata dal rumore, come quella causata da squantità centro commerciale di polvere nella soluzione. Pertanto, i tre picchi mostrati in figura 3 (b) non possono avere importanza quantitativa, anche se l'ordine generale delle dimensioni è significativo. Si noti che un diffusore così debole può essere misurata con un apparecchio di dispersione della luce dinamica convenzionale. Abbiamo dimostrato che il microscopio dispersione della luce dinamica consente di misurare i campioni sia trasparente e torbidi con la stessa configurazione. Poiché la lunghezza del percorso ottico nei campioni è breve, questa tecnica può essere applicata a forti campioni che assorbono la luce, quali sospensioni di nanotubi di carbonio 20. Inoltre, grazie alla sua elevata risoluzione spaziale, questa tecnica può essere applicata a cellule biologiche. Per la sua applicazione alla biologia, questo metodo può anche essere combinato con altre tecniche di imaging, come la fluorescenza e l'imaging Raman. Così, noi crediamo che il microscopio dispersione della luce dinamica è un potente strumento per una vasta gamma di campi di ricerca.

La dimensione delle particelle è una delle proprietà fondamentali delle soluzioni colloidali e polimeriche. Numerose tecniche vengono utilizzate per misurare la dimensione delle particelle. Le particelle di dimensioni pari o superiori a 1,0 μm possono essere misurate direttamente utilizzando un microscopio ottico. Per le particelle più piccole, vengono utilizzate tecniche alternative, come la diffrazione laser, la microscopia elettronica o la microscopia a forza atomica2,3. La diffusione dinamica della luce è una tecnica comunemente utilizzata per la misurazione delle distribuzioni granulometriche nelle soluzioni4. I risultati ottenuti con questa tecnica non derivano dalle immagini delle particelle ma dal tempo caratteristico delle fluttuazioni dell'intensità della luce diffusa. Queste fluttuazioni hanno origine dal moto browniano, che è caratterizzato da una costante di diffusione. La distribuzione dimensionale è ottenuta dalla distribuzione delle costanti di diffusione utilizzando l'equazione di Einstein-Stokes. Grazie alla sua semplicità, la diffusione dinamica della luce è ampiamente utilizzata per la valutazione di routine di soluzioni, come vernici e colloidi alimentari.
Il pretrattamento è richiesto per la maggior parte delle tecniche utilizzate per la misurazione della dimensione delle particelle dei campioni in soluzione. Nel caso della microscopia elettronica e della microscopia a forza atomica, il campione deve essere analizzato in condizioni di vuoto. Pertanto, è difficile osservare i campioni nelle loro forme native. Inoltre, per la diffrazione laser e la diffusione dinamica della luce, possono essere misurati solo campioni diluiti privi di diffusione multipla e assorbimento della luce. Per superare questa difficoltà, sono state proposte diverse nuove tecniche per la misura della diffusione dinamica della luce da soluzioni concentrate e non diluite, come la spettroscopia di correlazione incrociata5,6, la diffusione dinamica della luce a bassa coerenza7,8, la spettroscopia ad onda di diffusione9,10 e la microscopia dinamica differenziale11,12.
Abbiamo sviluppato un nuovo apparato chiamato microscopio dinamico a diffusione della luce1. Questo apparecchio ci consente di misurare campioni torbidi senza diluizione per mezzo di un sistema ottico confocale in cui la diffusione multipla viene eliminata utilizzando un foro stenopeico. Tuttavia, la procedura di misurazione e l'analisi dei dati sono leggermente più complicate rispetto a quelle degli strumenti disponibili in commercio. Questo video spiega in dettaglio la procedura di misurazione e l'analisi dei dati utilizzando come esempio l'analisi del polimero sensibile alla temperatura, la poli(N-isopropilacrilammide).

<table><tbody><tr><td>N-isopropilacrilammide, 98%</td><td>Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.</td><td>I0401</td><td></td></tr><tr><td>toluene, 99%</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>201-01876</td><td></td></tr><tr><td>etere di petrolio, temperatura di distillazione 30 ~ 60 &deg; C</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>169-22565</td><td></td></tr><tr><td>N,N,N',N'-tetrametiletilendiammina, 99%</td> <td>Sigma</td><td>T9281</td><td></td></tr><tr><td>persolfato di ammonio, 98%</td> <td>Sigma</td><td>248614</td><td></td></tr><tr><td>sospensione di lattice di polistirene, 1 wt%</td><td>Duke Scientific Corporation</td><td>3500A</td><td></td></tr><tr><td>argon</td><td>Koike Sanso Kogyo Co., Ltd.</td><td></td><td>purezza > 99.999 vol.%</td></tr><tr><td>scivolo per cavità</td><td>Matsunami Glass Ind.,Ltd.</td><td>83-0336</td><td></td></tr><tr><td>microscopio invertito</td><td>Nikon Instech Co., Ltd.</td><td>ECLIPSE Ti-U</td><td></td></tr><tr><td>Thermo Plate</td><td>Tokai Hit CO.,Ltd</td><td>TP-108R-C</td><td></td></tr><tr><td>Laser a stato solido</td><td>Fotodiodo</td> da valanga coerente <td>OBIS 488LX</td><td></td></tr><tr><td></td><td>ALV-GmbH</td><td>ALV-High Q.E. Correlatore a fotodiodo</td><td></td>da valanga</tr><tr><td></td><td>ALV-GmbH</td><td>ALV-5000/EPP</td><td></td></tr></tbody></table>

misura della dimensione delle particelle di distribuzione in torbidi soluzioni da dynamic light scattering microscopia

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

Viene descritto un protocollo per misurare la polidispersione di soluzioni polimeriche concentrate utilizzando la diffusione dinamica della luce. La diffusione dinamica della luce è una tecnica utilizzata per misurare la distribuzione dimensionale di soluzioni polimeriche o particelle colloidali. Sebbene questa tecnica sia ampiamente utilizzata per la valutazione di soluzioni polimeriche, è difficile misurare la dimensione delle particelle in soluzioni concentrate a causa dell'effetto di diffusione multipla o del forte assorbimento della luce. Pertanto, le soluzioni concentrate devono essere diluite prima della misurazione. L'implementazione della componente ottica confocale in un microscopio dinamico a diffusione della luce1 aiuta a superare questa barriera. Utilizzando un tale sistema microscopico, sia i sistemi trasparenti che quelli torbidi possono essere analizzati con la stessa configurazione sperimentale senza diluizione. Come esempio rappresentativo, è stata eseguita una misurazione della distribuzione dimensionale di una soluzione polimerica sensibile alla temperatura. Le dimensioni delle catene polimeriche in una soluzione acquosa erano di diverse decine di nanometri a una temperatura inferiore alla temperatura critica della soluzione inferiore (LCST). Al contrario, le dimensioni sono aumentate a più di 1,0 μm quando sono al di sopra dell'LCST. Questo risultato è coerente con l'osservazione che la soluzione è diventata torbida al di sopra della LCST.

Funzioni tempo di correlazione di intensità della luce diffusa per una sospensione di polistirene (raggio delle particelle: 50 nm) sono stati misurati in diversi punti focali, come mostrato nella Figura 2 (a). Queste funzioni di correlazione sono stati convertiti in funzioni di distribuzione del raggio idrodinamico per l'inverso Laplace trasformazione (riferimento alla figura 2 (b) e (c)). Usando la stessa procedura, le funzioni di correlazione di tempo e funzioni di distribuzione del raggio idrodinamico della soluzione PNIPA stati ottenuti a 25 ° C e 35 ° C rispettivamente. Le figure 3 (a) e (b) mostrano le funzioni di correlazione temporale delle intensità della luce diffusa e le corrispondenti funzioni di distribuzione dimensioni della soluzione PNIPA sotto (25 ° C) e superiore (35 ° C) il LCST. Le funzioni di distribuzione di dimensione sono stati ottenuti dalla antitrasformata trasformazione seguita dalcorrezione del eterodina parziale. Il raggio medio idrodinamico sotto la LCST è diverse decine di nanometri, che è tipico per soluzioni polimeriche. Al contrario, il raggio idrodinamico sopra la LCST è di circa 1,0 micron. Questo risultato è coerente con il fatto che la soluzione è torbida sopra la LCST. Le linee rosse e blu in Figura 3 rappresentano la distribuzione delle dimensioni delle soluzioni PNIPA ottenuto immediatamente dopo e 20 minuti dopo che la soluzione divenne torbida, rispettivamente. Figura 3 (b) indica chiaramente la crescita della aggregazione. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig1.jpg"> Figura 1. Schema del microscopio dispersione della luce dinamica. Pinhole (PH), fascio splitter (BS), polarizzatore (Pol), e fotodiodo a valanga (APD). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere</a>una versione più grande di questa figura. <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig2.jpg"> Figura 2. Risultati rappresentativi per una sospensione di polistirene. (A) funzioni di correlazione temporale delle intensità della luce diffusa per la sospensione di polistirene. Il raggio nominale è di 50 nm e la concentrazione è 0.1% in peso. Due insiemi di dati sono stati ottenuti da differenti punti di scattering. (B), (c) funzioni di distribuzione dimensioni corrispondenti per la sospensione polistirene lattice ottenuto dalla antitrasformata trasformazione di (a). La linea rossa corrisponde alla funzione di correlazione tempo la cui ampiezza iniziale è di circa 1,0, e la linea blu corrisponde a quella di ampiezza iniziale è circa 0,2. L'asse orizzontale è stato calcolato senza (b) e (c) esaminare l'effetto di eterodina parziale (PHD) quando A &lt;&lt; ; 1. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig3.jpg"> Figura 3. Risultati rappresentativi per una soluzione PNIPA. (A) le funzioni di correlazione Tempo di intensità della luce diffusa per la soluzione PNIPA. (B) le funzioni di distribuzione dimensioni corrispondenti per la soluzione PNIPA ottenuto dalla antitrasformata trasformazione di (a). L'asse orizzontale è stato calcolato considerando l'effetto di eterodina parziale per ciascun set di dati. La linea nera rappresenta i dati ottenuti a 25 ° C. La linea rossa rappresenta i dati ottenuti dopo la soluzione attivata torbida (35 ° C). La linea blu rappresenta i dati ottenuti dopo 20 min di misurazione della linea rossa./54885/54885fig3large.jpg "Target =" _ blank "&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Un protocollo per la misura diretta della distribuzione granulometrica in soluzioni concentrate utilizzando dinamica microscopia ottica di scattering viene presentato.

Misura della dimensione delle particelle di distribuzione in torbidi soluzioni da Dynamic Light Scattering Microscopia

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

L'obiettivo generale di questo esperimento è dimostrare che la diffusione dinamica della luce e la microscopia confocale possono essere utilizzate per misurare la distribuzione granulometrica in soluzioni torbide senza diluizione. Questa è la configurazione per il microscopio a diffusione dinamica della luce. Ha un laser a stato solido in grado di funzionare a onda continua da 30 milliwatt a 488 nanometri.C'è anche un fotodiodo a valanga, un autocorrelatore collegato a un computer per le misurazioni. Il microscopio invertito nella configurazione ha un tavolino con un regolatore di temperatura. La scatola contiene gli elementi ottici rimanenti necessari per l'esperimento.Questo schema fornisce una visione più completa del layout per l'installazione. Dopo aver modellato il profilo del raggio, il raggio viene introdotto nel microscopio. La diffusione della luce è ottenuta con una geometria di retrodiffusione e guidata verso un rivelatore.Uno specchio di lancio consente di osservare una parte della luce riflessa tramite una telecamera CCD. I campioni per l'esperimento devono essere preparati con un giorno di anticipo. La preparazione del campione richiede 20 millilitri di acqua degassata e deionizzata e NIPA purificato.Inoltre, richiede piccole quantità di TMEDA e persolfato di ammonio. Le fasi di preparazione prevedono anche un bagno di acqua ghiacciata su un agitatore, due recipienti di reazione, un foglio di alluminio e una fonte di flusso di gas argon. Iniziare misurando 9,5 millilitri di acqua degassata e deionizzata in un recipiente di reazione.Aggiungere il NIPA all'acqua. Quindi, spostare il recipiente di reazione nel bagno di acqua ghiacciata sull'agitatore e aggiungere l'asta di agitazione. Usa un foglio di alluminio per coprire il bagno e il recipiente per proteggere la reazione dalla luce.Utilizzare un puntale per pipetta collegato alla fonte di argon per organizzare un flusso moderato di argon nella soluzione. Accendere l'agitatore per mescolare delicatamente la soluzione per 10 minuti. Successivamente, utilizzare una micropipetta per misurare 11,9 microlitri di TMEDA.Brevemente, tirare indietro la pellicola per aggiungere il TMEDA alla soluzione e poi continuare a mescolare sotto il gas argon per un altro minuto. Mentre il campione viene agitato, lavorare con il secondo recipiente di reazione. Mettere 4 milligrammi di persolfato di ammonio nel recipiente.Quindi, aggiungere 0,5 millilitri di acqua degassata e deionizzata. Quando il persolfato di ammonio si è sciolto, aggiungere la soluzione alla soluzione del campione e continuare a mescolare per 30 secondi sotto il flusso di argon. Dopo 30 secondi, rimuovere il recipiente di reazione dal bagno di ghiaccio e dall'agitatore.In preparazione per la conservazione, coprire il recipiente con un foglio di alluminio, spostare la soluzione in frigorifero per la conservazione a quattro gradi Celsius durante la notte prima di utilizzarla. Dopo aver recuperato la soluzione campione, prepararla per l'uso con il microscopio. Tenere a portata di mano due vetrini a cavità, due coperchi circolari in vetro e colla appropriata, per realizzare un campione e un vetrino di riferimento standard.Per il vetrino del campione, misurare 60 microlitri della soluzione del campione. Posizionare la soluzione in uno dei vetrini della cavità. Coprire la soluzione con un coperchio circolare, facendo attenzione a non intrappolare bolle d'aria.Rimuovere la soluzione in eccesso con una micropipetta e salviette da laboratorio. Quindi, applicare la colla sul perimetro del coperchio per sigillare il vetrino della soluzione. Quindi, create un riferimento standard.Per questo, utilizzare una soluzione di lattice di polistirene allo 0,1% in peso. Nel secondo vetrino della cavità, aggiungere 60 microlitri della soluzione di lattice di polistirene, coprirla con una copertura di vetro e assicurarsi che non rimangano intrappolate bolle. Dopo aver rimosso la soluzione in eccesso, applicare la colla per sigillare la soluzione nel vetrino.Per entrambe le diapositive, lasciare asciugare la colla a temperatura ambiente. A questo punto, portare il vetrino di riferimento al microscopio invertito dotato di obiettivo 10 volte e posizionarlo sul tavolino del microscopio. Il vetro di copertura deve essere rivolto verso il basso.Continuare posizionando un fascio damper davanti al rilevatore. Quindi, applicare il raggio laser al campione attraverso la lente dell'obiettivo. Passa a lavorare con l'obiettivo.Regolare l'altezza dell'obiettivo per impostare il punto focale. Osservata con il CCD, quando l'obiettivo si alza dalla sua posizione più bassa, l'immagine riflessa si concentrerà prima sulla superficie del vetro di copertura. Si concentrerà quindi sull'interfaccia tra il vetro di copertura e il campione.Si concentrerà una terza volta sull'interfaccia tra il campione e il vetro del vetrino. Impostare il punto focale tra l'interfaccia del campione di copertina e l'interfaccia del vetrino del campione. Attenua la luce diffusa riducendo la potenza del laser.Quindi, rimuovere il blocco del raggio per introdurre la luce diffusa nel rilevatore. Quando si è pronti, avviare una misurazione di correlazione temporale di 30 secondi tramite il computer di controllo. Quindi, regolare il punto focale del microscopio prima di ripetere la misurazione.Utilizzare diversi punti focali per ottenere un ampio intervallo per l'ampiezza iniziale della funzione di correlazione temporale. Quando sono stati raccolti dati sufficienti, posizionare un fascio damper davanti al rilevatore. Al microscopio, rimuovere il vetrino di riferimento standard.Avviare il processo di misurazione del campione con un tavolino da microscopio vuoto e impostare la temperatura a 25 gradi Celsius. Quindi, posizionare il vetrino preparato sul tavolino con il coperchio rivolto verso il basso. Regolare l'altezza della lente dell'obiettivo per identificare l'interfaccia del campione di copertura.Regolalo ulteriormente per trovare l'interfaccia della diapositiva di esempio. Per la misurazione, impostare il punto focale tra queste due posizioni. Rimuovere il fascio damper dalla parte anteriore del rilevatore.Al computer, eseguire una misurazione della correlazione temporale di 30 secondi. Quindi, imposta la temperatura del palco su 35 gradi Celsius. Poiché questa temperatura temperata è al di sopra della temperatura critica più bassa della soluzione, la soluzione passerà da limpida a torbida.Eseguire un'altra misurazione della funzione di correlazione temporale. Ecco le funzioni di correlazione temporale per lo standard di sospensione in lattice di polistirene in due diversi punti focali. La curva rossa corrisponde a una funzione di correlazione temporale la cui ampiezza iniziale è approssimativamente uno.La curva blu corrisponde a un'ampiezza iniziale di circa 0,2. Questa è la distribuzione dimensionale ottenuta dalla trasformata di Laplace inversa dei dati con un'ampiezza iniziale di 0,2. Il calcolo tiene conto dell'effetto dell'eterodina parziale.Il raggio nominale delle particelle è di 50 nanometri. Queste funzioni di correlazione temporale sono per la poli(NIPA) al di sotto e al di sopra della temperatura critica della soluzione più bassa. La curva nera corrisponde a una misurazione a 25 gradi Celsius.La curva rossa corrisponde a una misurazione a 35 gradi Celsius, e subito dopo la soluzione è diventata torbida. La curva blu è per una misurazione a 35 gradi Celsius, 20 minuti dopo che la soluzione è diventata torbida. Di seguito sono riportate le distribuzioni dimensionali associate a ciascuna delle condizioni di misurazione.Al di sotto della temperatura critica della soluzione più bassa, il raggio idrodinamico medio è di diversi decimi di nanometri. Al di sopra della temperatura critica, la dimensione è di circa 1 micrometro. Lo spostamento delle curve con il temperato e il tempo suggerisce la crescita dell'aggregazione.

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Chimica

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