Charakterystyka spektroskopowa UV-VIS nanomateriałów w środowisku wodnym

Podsumowanie

To badanie przedstawia wyniki benchmarkingu dla porównania międzylaboratoryjnego (ILC) mającego na celu przetestowanie standardowej procedury operacyjnej (SOP) opracowanej dla dyspersji koloidowych złota (Au) charakteryzujących się spektroskopią ultrafioletowo-widzialną (UV-Vis), wśród sześciu partnerów z projektu H2020 ACEnano do przygotowania, pomiaru i analizy próbek.

Streszczenie

Fizykochemiczna charakterystyka nanomateriałów (NMs) jest często wyzwaniem analitycznym, ze względu na ich niewielkie rozmiary (co najmniej jeden wymiar w nanoskali, tj. 1–100 nm), dynamiczną naturę i różnorodne właściwości. Jednocześnie wiarygodna i powtarzalna charakterystyka ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa i jakości w produkcji produktów zawierających NM. Dostępnych jest kilka metod monitorowania i uzyskiwania wiarygodnych pomiarów właściwości związanych z nanoskalą, a jednym z przykładów jest spektroskopia ultrafioletowo-widzialna (UV-Vis). Jest to dobrze znana, prosta i niedroga technika, która zapewnia nieinwazyjną i szybką ocenę przesiewową w czasie rzeczywistym wielkości, stężenia i stanu agregacji NM. Takie cechy sprawiają, że UV-Vis jest idealną metodologią do oceny schematów testowania biegłości (PTS) zwalidowanej standardowej procedury operacyjnej (SOP) przeznaczonej do oceny wydajności i odtwarzalności metody charakteryzacji. W niniejszym artykule oceniono PTS sześciu laboratoriów partnerskich z projektu ACEnano w ramach programu H2020 za pomocą porównania międzylaboratoryjnego (ILC). Standardowe zawiesiny koloidowe złota (Au) o różnych rozmiarach (w zakresie 5–100 nm) zostały scharakteryzowane za pomocą UV-Vis w różnych instytucjach w celu opracowania możliwego do wdrożenia i solidnego protokołu charakterystyki wielkości NM.

Wprowadzenie

Nanomateriały (NMs) stały się popularne ze względu na ich unikalne właściwości w nanoskali (od 1 do 100 nm), które różnią się od właściwości ich masowych odpowiedników, czy to ze względu na efekty związane z rozmiarem, czy kwantowe (np. zwiększona powierzchnia właściwa przez objętość) wraz z wyraźną reaktywnością, właściwościami optycznymi, termicznymi, elektrycznymi i magnetycznymi1^,2. Potencjalne zastosowania NM w społeczeństwie są zróżnicowane i szeroko związane z takimi dziedzinami, jak opieka zdrowotna, przemysł spożywczy, kosmetyki, farby, powłoki i elektronika^3,4,5. Nanocząstki złota (AuNPs) są szeroko stosowane w nanotechnologii (np. w opiece zdrowotnej, kosmetyce i zastosowaniach elektronicznych), głównie ze względu na ich prostą produkcję, cechy optyczne zależne od rozmiaru, potencjał funkcjonalizacji powierzchni i właściwości fizykochemiczne, które mogą być odpowiednie dla wielu kluczowych zastosowań^6,7.

Jakość i powtarzalność w syntezie i charakterystyce NM są niezwykle ważne dla zapewnienia jakości, ale także dla bezpiecznego wytwarzania produktów na bazie nano, szczególnie ze względu na reaktywność NM, zwłaszcza w złożonych środowiskach, gdzie właściwości NM, takie jak rozkład wielkości i morfologia, mogą ulegać szybkim zmianom^8,9. Dostępnych jest wiele metod monitorowania właściwości związanych z nanoskalą. Na przykład skaningowa/transmisyjna mikroskopia elektronowa (SEM/TEM) to techniki stosowane do uzyskiwania informacji optycznych i składowych NM o wysokiej rozdzielczości (do sub-nanometrów); mikroskopia sił atomowych (AFM) zapewnia rozdzielczość w nanoskali w wymiarze pionowym (oś z); a dyfrakcja rentgenowska (XRD) dostarcza informacji o strukturze atomowej NM; Wszystkie te metody mogą być stosowane tylko na suchych próbkach (proszkach)^10,11. Techniki odpowiednie do charakteryzowania NM w ciekłych mediach obejmują frakcjonowanie przepływowe (FFF), które umożliwia separację dużych cząsteczek, agregatów i cząstek na podstawie ich wielkości; dynamiczne rozpraszanie światła (DLS); oraz analiza śledzenia nanocząstek (NTA) — dwie metody szeroko stosowane do określania profilu rozkładu wielkości cząstek za pomocą ruchów Browna — oraz spektrofotometria w ultrafiolecie i widzialnym świetle ultrafioletowym (UV-Vis), która umożliwia ocenę cech NM, takich jak rozmiar, stan agregacji i współczynnik załamania światła, za pomocą prostego pomiaru absorpcji^11,12,13. Chociaż wszystkie te techniki umożliwiają charakteryzację NM, ich wydajność zależy od konfiguracji urządzenia, różnic związanych z instrumentem, złożonej metodologii przygotowania próbki i poziomu wiedzy użytkownika. Co więcej, większość technik nie pozwala na monitorowanie w czasie rzeczywistym wielkości NM, integralności próbki lub rozróżnienia między cząstkami rozproszonymi lub zagregowanymi⁶. Spektroskopia UV-Vis jest szeroko stosowaną techniką, która zapewnia nieinwazyjną i szybką ocenę wielkości NM, stężenia i stanu agregacji w czasie rzeczywistym. Ponadto jest to prosty i niedrogi proces z minimalnym przygotowaniem próbki, co sprawia, że technika ta jest niezbędnym narzędziem, które jest szeroko stosowane w wielu laboratoriach w wielu dyscyplinach i na wielu rynkach^6,12,14. UV-Vis działa poprzez pomiar przepuszczalności promieniowania elektromagnetycznego o długości fali od 180 do 1100 nm przez próbkę cieczy. Zakresy spektralne UV i VIS obejmują zakres długości fal dla ultrafioletu (od 170 nm do 380 nm), światła widzialnego (od 380 nm do 780 nm) i bliskiej podczerwieni (od 780 nm do 3300 nm)^4,14. Mierzy się długość fali światła przechodzącego przez celę próbki; natężenie światła wpadającego do próbki jest określane jako I₀, a natężenie światła pojawiającego się po drugiej stronie jest oznaczone jako I₁¹⁴. Prawo Beera-Lamberta odzwierciedla zależność między A (absorbancją) w funkcji stężenia próbki C, współczynnikiem ekstynkcji próbki ε oraz dwiema intensywnościami¹⁴. Pomiary absorpcji mogą być wykonywane na jednej długości fali lub w rozszerzonym zakresie spektralnym; zmierzona przepuszczalność światła jest przekształcana w pomiar absorbancji, postępując zgodnie z równaniem prawa Beera-Lamberta. Standardowe równanie absorbancji to A = ɛlc, gdzie (A) to ilość światła pochłoniętego przez próbkę dla danej długości fali (ɛ) to molowy współczynnik tłumienia (absorbancja/(g/dm³) (l) to odległość, jaką światło pokonuje przez roztwór (cm), a (c) to stężenie na jednostkę objętości (g/dm³). Absorbancję oblicza się jako stosunek intensywności próbki referencyjnej (I₀) do nieznanej próbki (I), zgodnie z opisem w następującym równaniu¹⁴:

Prostota UV-Vis sprawia, że jest to idealna technika do porównywania PTS o uznanym protokole pomiarowym^6,12,15. Celem ILC lub PTS jest weryfikacja wydajności i odtwarzalności metody przy użyciu SOP¹⁵. To z kolei zapewnia ustandaryzowane podejście do szybkiej charakterystyki zawiesin nanocząstek dla innych użytkowników.

Aby ocenić biegłość, spójność i niezawodność przedstawionej tutaj metody, sześć laboratoriów uczestniczyło w ILC jako członkowie projektu ACEnano Horyzont 2020 (https://cordis.europa.eu/project/id/720952). W ramach projektu ILC przeprowadzono charakterystykę UV-Vis standardowych dyspersji koloidowych Au o różnych rozmiarach cząstek (5–100 nm). Wszystkim zaangażowanym laboratoriom dostarczono SOP, aby zapewnić identyczne przygotowanie zawiesin AuNP, ocenę i raportowanie wyników, aby przyczynić się do opracowania możliwego do wdrożenia i solidnego wielopoziomowego podejścia do charakterystyki fizykochemicznej NM, interpretacji danych i ulepszania protokołów najlepszych praktyk dla potrzeb przemysłowych i regulacyjnych⁸.

Protokół

1. Dostawa próbek AuNP:

1. Przygotować podwielokrotności 5 ml dyspersji koloidowych Au o rozmiarach 5, 20, 40, 60 i 100 nm, w tym próbkę o masie 50 μg/ml o "nieznanej wielkości" (zob. tabela materiałów w celu uzyskania bardziej szczegółowych informacji na temat zastosowanych nanomateriałów).
2. Wyślij próbki w pojemnikach z polistyrenu o pojemności 7 ml z wkładami żelowymi do każdego uczestniczącego laboratorium, aby utrzymać odpowiednią temperaturę podczas transportu. Próbki należy natychmiast przechowywać w temperaturze 4 °C.
   UWAGA: Próbka o "nieznanym rozmiarze" musi mieć wielkość 80 nm; Informacje te powinny być znane partnerowi rozpowszechniającemu materiał, ale nie powinny być ujawniane pozostałym partnerom.

2. Kalibracja spektrofotometru:

1. Włącz spektrometr UV-Vis na co najmniej 20 minut, aby lampa mogła się nagrzać.
   UWAGA: Zapoznaj się z tabelą materiałów, aby zapoznać się z modelem i marką używanego spektrofotometru.
2. W oprogramowaniu wybierz opcję Skanowanie widma z okna trybu, w którym wyświetlane są tryby pracy.
3. Dostosuj ustawienia parametrów w Instrument | Ustawienia i parametry w oprogramowaniu przed przystąpieniem do pomiarów: Tryb pomiaru | Skanowanie widma, tryb danych | ABS, początkowa długość fali 680 nm, końcowa długość fali 380 nm, prędkość skanowania 400 nm/min, interwał próbkowania 0,5, szerokość szczeliny 1,5 i długość ścieżki 10.
4. Po ustawieniu parametrów napełnij dwie kuwety (3 ml; polistyren) 1 ml wody ultraczystej (UPW) (18,2 M·Ω·cm). Umieść kuwety w uchwycie celi referencyjnej (tył) i uchwycie kuwety na próbkę (przód), aby zakryć ścieżkę światła (patrz tabela materiałów dla konkretnej marki i modelu używanych kuwet).
   UWAGA: Upewnij się, że kuwety są prawidłowo ustawione i wyrównane, aby zniwelować efekt szumu i inne efekty środowiskowe, które nie są związane z samples.
5. Zamknij pokrywę przyrządu UV-Vis i kontynuuj kalibrację ślepej próby, wybierając opcję Blank (Ślepa) z paska poleceń. Korekcję linii podstawowej przeprowadza się poprzez uruchomienie wzorca z dwiema kuwetami wypełnionymi 1 ml UPW umieszczonymi w uchwytach na próbki. Aby zapoznać się z alternatywnymi protokołami używanymi przez innych partnerów, zobacz Informacje uzupełniające (SI).

3. Przygotowanie próbek

1. Pobrać podpróbkę o objętości 500 μl dla każdego AuNP o długości fali 5, 20, 40, 60, 100 nm i nieznanej wielkości, a następnie przygotować rozcieńczenie 500 μl wody chłodnej.
2. Rozcieńczone zawiesiny umieścić w kuwetach o pojemności 1 ml; całkowity stosunek rozcieńczenia powinien wynosić 1:1, a końcowe stężenie 25 μg/mL.
   UWAGA: Rozcieńczoną próbkę należy przygotować bezpośrednio przed pomiarem UV-Vis.

4. Pomiar dyspersji nanocząstek

1. Po wykonaniu ślepej próby i przygotowaniu świeżej próbki, jedną z ślepych kuwet w uchwycie celi na próbkę (przód) należy zastąpić próbkę dyspersyjną AuNP; drugą kuwetę referencyjną wypełnioną 1 ml wody ultraczystej należy pozostawić nietkniętą.
   UWAGA: Użyj nowej jednorazowej kuwety do różnych próbek, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego między próbkami. W przypadku korzystania z kuwet kwarcowych należy przepłukać kuwetę próbki za pomocą wody ultraczystej między próbkami.
2. Wybierz opcję Zmierz/Rozpocznij z paska poleceń, aby uruchomić skanowanie widma dla każdej rozcieńczonej dyspersji AuNP. Dla każdej próbki AuNP należy wykonać trzy serie skanowania widma, w tym próbki o nieznanej wielkości.
   UWAGA: Upewnij się, że ślepa kuweta pozostaje w uchwycie celi referencyjnej podczas wykonywania pomiaru.

5. Raportowanie wyników

1. Wyodrębnij nieprzetworzone dane eksperymentalne dla każdego pomiaru w pliku zgodnym z arkuszem kalkulacyjnym, wybierając menu Plik i klikając Eksportuj plik raportu (*.csv).
2. Zanotuj maksymalną długość fali absorpcji (Abs_max) i lambda (λ_max) dla każdego z odczytów UV-Vis i zapisz je w dostarczonym szablonie.
   UWAGA: Wstępnie zaprojektowany szablon został dostarczony partnerom ACEnano w celu automatycznego obliczenia średnich odchyleń standardowych długości fal poprzez ustawienie odpowiedniej formuły obliczeniowej w skoroszycie. Więcej informacji i dostęp do wzoru można znaleźć w informacjach uzupełniających (SI).
3. W skoroszycie narysuj krzywą kalibracyjną ze średnią λ_max (oś y) w stosunku do znanego rozmiaru nanocząstek (nm) (5, 20, 40, 60 i 100 nm). Na przykład w arkuszu kalkulacyjnym utwórz krzywą kalibracji, wybierając na pasku poleceń punkt menu Dane | Wstawianie wykresu | Wykres punktowy | Dodaj linię trendu | Krzywa wielomianowa (potęga 2).
4. Uwzględnij równanie wielomianowe dla krzywej kalibracyjnej: wybierz Opcje linii trendu | Wyświetl równanie na wykresie z paska poleceń (Rysunek 1).
5. Na koniec, aby obliczyć nieznaną wielkość próbki AuNP, wyizoluj równanie wielomianowe z krzywej kalibracyjnej, aby dopasować średnią wartość dla nieznanego_{λ max}, używając wyprowadzenia wzoru kwadratowego (Rysunek 1). Obliczony rozmiar można uwzględnić w szablonie, aby uzupełnić pełne podsumowanie danych w celu zapewnienia spójności, szybszej interpretacji i oceny wyników (patrz SI).

Rysunek 1: Krzywa kalibracyjna do obliczenia wielkości nieznanej próbki. Wykres przedstawia długości fal (λ_max) i wielkość AuNP użytych do wykreślenia kalibracji. Wykres przedstawia tylko jedną krzywą kalibracyjną od jednego partnera. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Wyniki

UV-Vis jest jedną z najpopularniejszych technik charakteryzacji nanocząstek, ponieważ pozwala użytkownikowi uzyskać precyzyjną analizę właściwości NM, takich jak Abs_max i λ_max^6,12. Wyniki niniejszego badania reprezentują charakterystykę UV-Vis dyspersji AuNP za pomocą ILC pomiędzy sześcioma uczestniczącymi laboratoriami.

Rysunek 2: Wyniki lambda i absorbancji. Na rysunkach przedstawiono wykresy wyników zgłaszanych przez każde laboratorium dla różnych wielkości AuNP. A) Wyniki Lambda max. B) Wyniki maksymalnej absorbancji. Laboratorium 5 nie było w stanie podać danych dla 100 nm z powodu zanieczyszczenia próbki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Wyniki dla_maksymalnych długości fal λ wykazały ścisłą powtarzalność wśród partnerów (Rysunek 2A). Tak było również w przypadku obliczonego zakresu, który posłużył do oceny różnicy między wartościami i wykazał niewielkie różnice w zakresie od 1,00 do 2,40 (λ_max) dla większości wielkości AuNP (tab. 1). Ogólna średnia λ_max, obliczona przy użyciu średniej zarejestrowanej dla każdego laboratorium dla każdej wielkości AuNP, podobnie wykazywała niskie odchylenia standardowe dla większości rozmiarów. Jedynym wyjątkiem był rozmiar 100 nm, ponieważ wykazywał duży zakres zmienności (_maks. 4,66 λ) między partnerami, co prowadziło do większego odchylenia standardowego (572 ± 2,00 nm) w porównaniu z innymi wielkościami AuNP (tabela 1). Należy wspomnieć, że laboratorium 5 nie było w stanie wykonać żadnych pomiarów dla cząstek o wielkości 100 nm ze względu na problemy z zanieczyszczeniem, które mogły zagrozić powtarzalności wyników.

Natomiast wyniki absorbancji (_{Abs max}) wykazywały bardziej rozproszony zakres wartości danych (Rysunek 2B) w porównaniu do wyników_{λ max}. Pomimo pozornie większej zmienności tych wyników między laboratoriami, analiza wykazała ogólne średnie z niższymi odchyleniami standardowymi i nieoczekiwanie gorszymi zakresami zmienności (0,11–0,21 Abs_max) między laboratoriami w porównaniu z wynikami λ_max (Tabela 1).

Rozdział szt. pkt.

wartość	AuNP (nm)
	5	20	Rozdział 40	60	100	nieznany
Zakres λmax	Godzina 1,45	godz. 1.00	Godzina 3.00	Godzina 2.00	Z godziny 4,66	Godzina 2,40
Zasięg Aumax	0,12	0,11	0,13	0,13	0,12	0,21
Średnia λmax	517,7 ± 0,59	524,6 ± 0,45	527,8 ± 1,13	535,3 ± 0,74	572 ± godz. 2.00	549,7 ± 0,85
Średnia 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

Tabela 1: Obliczony zakres i średnie lambda i absorbancji. Pokazany jest zakres oraz ogólna średnia i odchylenie standardowe dla każdej wielkości AuNP. Wyniki obliczono przy użyciu średniej podanej dla lambdy i absorbancji dla każdego laboratorium (sześć pomiarów), z wyjątkiem wielkości 100 nm, dla której użyto tylko 5 pomiarów do obliczenia wartości wynikających z zanieczyszczenia próbki zgłoszonej przez laboratorium 5.

Wartości Z-score zostały również obliczone, aby odnotować odległość poszczególnych wartości od ogólnej średniej. Analiza wskaźników Z dostarczyła informacji na temat pewności wyników ILC, ponieważ wyniki są bezpośrednio związane z rozkładem populacji, wyświetlając, w pewnej liczbie odchyleń standardowych, jak daleko punkt danych znajduje się od średniej¹⁶. W wynikach większość laboratoriów wykazała dodatnie wartości Z-score wynoszące 0,01–1,93 dla λ_max, co wskazuje, że większość wyników była bliska średniej i przedstawiała krzywą rozkładu normalnego, ponieważ wyniki Z większe niż wartość bezwzględna 2 i -2 są uważane za wartości odległe od średniej i nie mają rozkładu normalnego¹⁶. Najwyższy wskaźnik Z dla Abs_max został zarejestrowany dla rozmiaru 40 nm zgłoszonego przez laboratorium 1, z wartością 1,93 i średnią Abs_max 530 ± 0, w porównaniu z ogólną średnią 527,82 ± 1,13 (Rysunek 3A). Maksymalna wartość Z-score wynosząca 1,23 dla λ_max została zgłoszona przez laboratorium 3 wraz z zgłoszonym_{λ max} wynoszącym 0,454 ± 0 dla wielkości AuNP 5 nm w porównaniu z ogólną średnią 0,395 ± 0,04. Na kolejnych miejscach uplasował się AuNP 60 nm ze wskaźnikiem Z wynoszącym 1,18 i średnią_maksymalną λ wynoszącą 0,754 ± 0 w porównaniu z ogólną średnią wynoszącą 0,689 ± 0,05. Pozostałe rozmiary wyświetlały wartości Z-score od -0,04 do -1,23 (Rysunek 3B).

Rysunek 3: Wskaźniki Z lambda i absorbancji. Wskaźniki Z obliczono na podstawie wyników zgłoszonych przez każde laboratorium w odniesieniu do ogólnej średniej. A) Obliczone wskaźniki Z-score Lambda max. B) Obliczone maksymalne wskaźniki Z-score absorbancji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Wyniki dla nieznanej próbki pokazały, że większość partnerów obliczyła rozmiar na 76–80 nm. Średnią z laboratoriów 1-4 i 6 zanotowano jako 78,02 ± 1,36 nm. Laboratorium 5 zgłosiło większy rozmiar 109 nm, poszerzając ogólną średnią i odchylenie standardowe do 83,18 ± 12,70 nm, co sugeruje, że wartość ta była wartością odstającą (Rysunek 4A). Obliczono, że wskaźniki Z wynoszą od -0,25 do -0,56 dla wszystkich laboratoriów; jedynym wyjątkiem był nieznany rozmiar zgłoszony przez laboratorium 6, które wykazało najwyższy dodatni wynik Z (2,03) w porównaniu ze wszystkimi pomiarami, co można uznać za wartość odległą od średniej (Rysunek 4B).

Rysunek 4: Nieznana wielkość próby i wskaźniki Z. A) Zgłoszona wielkość dla każdego laboratorium dla dostarczonej nieznanej próbki. B) Obliczone wskaźniki Z dla każdego indywidualnego wyniku w stosunku do ogólnej średniej 83,18 ± 12,70 nm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Informacje uzupełniające (SI): Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

Dostępnych jest kilka metod charakterystyki właściwości związanych z nanoskalą (np. ultrawirowanie analityczne (AUC), skaningowa mikroskopia elektronowa/transmisyjna mikroskopia elektronowa (SEM/TEM) oraz dynamiczne rozpraszanie światła (DLS)^10,11). Jednak technikom tym brakuje prostoty UV-Vis w celu uzyskania podstawowych wyników w charakterystyce NM^12,13. UV-Vis jest powszechnym instrumentem nawet w niezbyt dobrze wyposażonych laboratoriach, co czyni go bezkonkurencyjnym narzędziem do charakteryzacji NMs⁶. Podczas charakteryzowania NM ważne jest, aby wziąć pod uwagę ograniczenia, mocne i słabe strony technik, które mają być zastosowane. W spektrometrze UV-VIS wiązka światła przechodzi przez komorę próbki, co skutkuje wartościami absorpcji; W rezultacie wibracje zewnętrzne, światło zewnętrzne, zanieczyszczenia i wydajność użytkownika mogą zakłócać pomiar i wyniki ^4,12. Podobnie, podczas wykreślania krzywej kalibracyjnej w celu określenia wielkości nieznanej próbki, ważne jest, aby zarejestrować wszystkie pomiary potrzebne do skonstruowania kalibracji, ponieważ brakujące czynniki mogą przyczyniać się do różnic między pomiarami i użytkownikami.

Na przykład duża zmienność ogólnej średniej_{Abs max} nieznanej próbki może być związana z różnicami między laboratoriami ze względu na zależność między intensywnością wiązki, położeniem i samym instrumentem^17,18. Co więcej, brakujące dane dla wielkości 100 nm z laboratorium 5, spowodowane problemem zanieczyszczenia, mogą również przyczyniać się do dużych różnic między wynikami, ponieważ brakujące dane mogły mieć wpływ na krzywą kalibracyjną i wykreślone równanie wielomianowe używane do obliczenia wielkości nieznanej zawiesiny AuNP. Z pewnością odtwarzalność między protokołami i laboratoriami może być skomplikowana, ponieważ wiele czynników może przyczyniać się do braku spójności w działaniach laboratoryjnych, co powoduje, że badacze czasami nie są w stanie odtworzyć wyników z innych laboratoriów, co może prowadzić do wolniejszego postępu naukowego, marnowania czasu, pieniędzy i zasobów¹⁹. Pomyślne scharakteryzowanie właściwości fizykochemicznych NM, w szczególności wielkości, wymaga łatwej do wykonania metody przez wszystkie uczestniczące laboratoria, którą można w większości rozwiązać poprzez systematyczne i koncepcyjne powielanie, takie jak stworzenie SOP, szkolenie z przyrządów i unikanie stosowania błędnie zidentyfikowanych lub zanieczyszczonych krzyżowo próbek^15,19.

Podobnie, jakość i stabilność zawiesiny koloidowej są również ważnymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę, ponieważ zmiany w ich właściwościach fizykochemicznych mogą prowadzić do różnych wyników. W związku z tym, aby zapewnić ich stabilność przez dłuższy czas, zawiesiny nanocząstek powinny być przechowywane w ciemności w temperaturze 4 °C. Podobnie, podczas procesu transportu, podane próbki powinny być przechowywane w niskiej temperaturze, ponieważ długie okresy w temperaturze pokojowej mogą prowadzić do znacznej agregacji²⁰. Dodatkowo, aby przezwyciężyć niepowodzenia w charakterystyce NM, konieczne jest zapewnienie dostępu do oryginalnych danych, protokołów i kluczowych materiałów badawczych między współpracującymi laboratoriami, zwłaszcza podczas oceny biegłości, spójności i niezawodności za pomocą ILC¹⁵. Zapewnienie jasności i dostępności tych czynników jest kluczem do osiągnięcia udanej charakterystyki NM za pomocą dowolnego laboratorium lub sprzętu. Lekceważenie tych aspektów może skutkować brakiem odtwarzalności, dokładności oraz wprowadzającymi w błąd lub błędnymi wynikami¹⁵. Chociaż spektroskopia UV-Vis została uznana za złoty standard w charakterystyce NM, może być wykorzystana w wielu innych dziedzinach, ponieważ umożliwia ilościowe oznaczanie rozszerzonego zakresu dynamicznego roztworów zarówno w związkach nieorganicznych, jak i organicznych ^6,21.

Poza tym UV-Vis można łatwo łączyć z innymi narzędziami w celu pomiaru wielu różnych atrybutów, poprawiając w ten sposób jakość każdej analizy²². W oparciu o te cechy, UV-Vis jest szeroko stosowany w wielu obszarach, takich jak w dziedzinie biofarmacji poprzez pomiar widm UV-Vis w roztworach białkowych o wysokim stężeniu, w kontroli środowiska przy porównywaniu podobieństw między zanieczyszczeniami i ich zanieczyszczeniami związanymi z produktem w czasie rzeczywistym, w przemysłowych oczyszczalniach ścieków w ramach przepisów dotyczących określania barwy ścieków i poziomu^{akceptowalności 22, Lokal mieszkalny 23}. Z pewnością wraz z postępem technologicznym oraz udostępnianiem coraz bardziej zaawansowanych funkcji i doświadczeń w spektrofotometrii, nastąpi dalsze poszerzanie zastosowań i parametrów, które można mierzyć za pomocą tej techniki²². Na przykład w zastosowaniach terenowych spektrometria UV-VIS on-line jest cennym narzędziem do monitorowania wielu parametrów w czasie rzeczywistym i w różnych rodzajach cieczy, co jest wyjątkową cechą wśród systemów czujników online²².

Opisany tutaj ILC został zaprojektowany jako test SOP opracowanego dla UV-Vis przez sześć uczestniczących laboratoriów zaangażowanych w projekt H2020 ACEnano. Analiza wyników wykazała, że ILC dostarcza cennych informacji, które pozwalają na techniczną pewność co do wewnętrznej metody charakterystyki NM przez każde uczestniczące laboratorium. Gromadzenie danych w ustalonym szablonie potwierdziło spójność i szybszą interpretację wyników oraz dostarczyło modelu do szacowania wielkości nieznanej próbki AuNP, który wykazywał również powtarzalność między wynikami, gdy uwzględniono wystarczającą liczbę punktów na krzywej kalibracyjnej. Co więcej, wyniki potwierdziły skuteczność UV-Vis w charakterystyce NM, a także znaczenie tworzenia protokołów najlepszych praktyk. Takie podejście stwarza ponadto możliwość, aby wdrożona procedura przyczyniła się do opracowania ram legislacyjnych poprzez powtarzalne protokoły charakterystyki nanonanowodoru oparte na wyborze metody i interpretacji danych, które są istotne dla organów regulacyjnych ds. akredytacji i organów zarządzających badaniami.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Absorpcyjna ultra-mikro-kuweta, 200 i mikro; L	Hellma	105.201-QS
Cary 5000 (spektrofotometr C)	Agilent	Cary 5000
Nanocząstki złota 5 nm	roztwory BBI	EM. GC5
Nanocząstki złota 20 nm	roztwory BBI	EM. GC20
Nanocząstki złota 40 nm	roztwory BBI	EM. GC40
Nanocząstki złota 60 nm	roztwory BBI	EM. GC60
Nanocząstki złota 80 nm	roztwory BBI	EM. GC80
Nanocząstki złota 100 nm	roztwory BBI	EM. GC100
Agilent / HP 8453 (Spektrofotometr E)
Spektrofotometr Jenway 6800 (Spektrofotometr A)	Jenway	UV6800
Kuweta polistyrenowa, 1,5 mL, mikro 10 mm Długość ścieżki	Sigma	759015
3 ml (10 mm x 10 mm x 45 mm)	Sarstedt Inc	67.742
Półmikro kuweta kwarcowa, 1 ml (1 mm x 10 mm x 45 mm)	Agilent	6610001
Woda ultraczysta (UPW) (18.2 MΩ cm).
Spektrofotometr UV-1800 (spektrofotometr B)	Shimadzu	UV1800
Varian Cary 50 (spektrofotometr D)	Agilent	Cary 50