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

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.