Pomiar rozkładu wielkości cząstek w mętnych roztworach za pomocą mikroskopii dynamicznego rozpraszania światła

Ogólnym celem tego eksperymentu jest wykazanie, że dynamiczne rozpraszanie światła i mikroskopia konfokalna mogą być używane do pomiaru rozkładu wielkości cząstek w mętnych roztworach bez rozcieńczania. To jest konfiguracja dla mikroskopu dynamicznego rozpraszania światła. Posiada laser na ciele stałym zdolny do ciągłej pracy fal o mocy 30 miliwatów przy 488 nanometrach.

Jest też fotodioda lawinowa, autokorelator podłączony do komputera w celu pomiarów. Mikroskop odwrócony w zestawie posiada stolik z regulatorem temperatury. Pudełko zawiera pozostałe elementy optyczne potrzebne do przeprowadzenia eksperymentu.

Ten schemat zapewnia bardziej kompletny widok układu dla konfiguracji. Po ukształtowaniu profilu wiązki, wiązka jest wprowadzana do mikroskopu. Rozpraszanie światła uzyskuje się za pomocą geometrii rozpraszania wstecznego i kieruje do detektora.

Lustro startowe pozwala na obserwację części odbitego światła za pomocą kamery CCD. Próbki do eksperymentu muszą być przygotowane z jednodniowym wyprzedzeniem. Przygotowanie próbki wymaga 20 mililitrów odgazowanej, dejonizowanej wody, a także oczyszczonego NIPA.

Ponadto wymaga niewielkich ilości TMEDY i nadsiarczanu amonu. Etapy przygotowania wykorzystują również kąpiel w lodowatej wodzie na mieszadle, dwa naczynia reakcyjne, folię aluminiową i źródło przepływu argonu. Zacznij od odmierzenia 9,5 mililitra odgazowanej i zdejonizowanej wody do naczynia reakcyjnego.

Dodaj NIPA do wody. Następnie przenieś naczynie reakcyjne do łaźni lodowatej na mieszadle i dodaj mieszadło. Użyj folii aluminiowej do przykrycia wanny i naczynia, aby osłonić reakcję przed światłem.

Użyj końcówki pipety podłączonej do źródła argonu, aby zapewnić umiarkowany przepływ argonu do roztworu. Włącz mieszadło, aby delikatnie mieszać roztwór przez 10 minut. Następnie za pomocą mikropipety odmierz 11,9 mikrolitra TMEDA.

Na chwilę odciągnij folię, aby dodać TMEDA do roztworu, a następnie kontynuuj mieszanie w argonie przez kolejną minutę. Podczas mieszania próbki należy pracować z drugim naczyniem reakcyjnym. Umieść 4 miligramy nadsiarczanu amonu w naczyniu.

Następnie dodaj 0,5 mililitra odgazowanej i zdejonizowanej wody. Gdy nadsiarczan amonu się rozpuści, dodaj roztwór do roztworu próbki i kontynuuj mieszanie przez 30 sekund pod przepływem argonu. Po 30 sekundach wyjąć naczynie reakcyjne z łaźni lodowej i wymieszać.

Przygotowując się do przechowywania, przykryj naczynie folią aluminiową, przed użyciem przenieś roztwór do lodówki w celu przechowywania w temperaturze czterech stopni Celsjusza przez noc. Po pobraniu roztworu próbki należy przygotować go do użycia z mikroskopem. Przygotuj dwa szkiełka podstawowe, dwie okrągłe szklane pokrywy i odpowiedni klej, aby wykonać próbkę i standardowe szkiełko podstawowe.

Na szkiełku z próbką odmierz 60 mikrolitrów roztworu próbki. Umieścić roztwór w jednym z szkiełek wnękowych. Przykryj roztwór okrągłą pokrywą, uważając, aby nie zatrzymać pęcherzyków powietrza.

Usunąć nadmiar roztworu za pomocą mikropipety i chusteczek laboratoryjnych. Następnie nałóż klej na obwód pokrywy, aby uszczelnić szkiełko roztworu. Następnie utwórz standardowe odniesienie.

W tym celu użyj roztworu lateksu polistyrenowego o zawartości 0,1 procenta wagowego. Do drugiego szkiełka wnękowego dodaj 60 mikrolitrów roztworu lateksu polistyrenowego, przykryj go szklaną pokrywą i upewnij się, że nie ma pęcherzyków. Po usunięciu nadmiaru roztworu nałóż klej, aby uszczelnić roztwór w szkiełku.

W przypadku obu szkiełek pozostaw klej do wyschnięcia w temperaturze pokojowej. W tym momencie przenieś szkiełko referencyjne do odwróconego mikroskopu wyposażonego w 10-krotną soczewkę obiektywową i umieść je na stoliku mikroskopu. Szkło nakrywkowe powinno być skierowane w dół.

Kontynuuj, umieszczając przepustnicę wiązki przed detektorem. Następnie przyłóż wiązkę laserową do próbki przez soczewkę obiektywu. Przejdź do pracy z soczewką obiektywu.

Dostosuj wysokość obiektywu, aby ustawić punkt ostrości. Patrząc przez CCD, gdy obiektyw podnosi się z najniższej pozycji, odbity obraz najpierw skupia się na powierzchni szkła nakrywkowego. Następnie skupi się na granicy faz między szkłem nakrywkowym a próbką.

Skupi się po raz trzeci na granicy faz między próbką a szkłem szkiełkowym. Ustaw punkt fokalny między interfejsem próbki okładki a interfejsem przykładowego slajdu. Osłabij rozproszone światło, zmniejszając moc lasera.

Następnie usuń blok wiązki, aby wprowadzić rozproszone światło do detektora. Gdy będziesz gotowy, rozpocznij 30-sekundowy pomiar korelacji czasowej za pomocą komputera sterującego. Następnie wyreguluj ogniskową mikroskopu przed powtórzeniem pomiaru.

Użyj kilku punktów ogniskowych, aby uzyskać szeroki zakres początkowej amplitudy funkcji korelacji czasu. Po zebraniu wystarczającej ilości danych umieść przepustnicę wiązki przed detektorem. Z mikroskopu wyjmij standardowe szkiełko referencyjne.

Rozpocznij proces pomiaru próbki od pustego stolika mikroskopowego i ustaw temperaturę na 25 stopni Celsjusza. Następnie umieść przygotowany preparat z próbką na stoliku pokrywą skierowaną w dół. Dostosuj wysokość soczewki obiektywu, aby zidentyfikować okładkę sample interfejs.

Dostosuj go dalej, aby znaleźć przykładowy interfejs slajdu. Do pomiaru ustaw ogniskową między tymi dwoma pozycjami. Zdejmij wiązkę damper z przodu czujnika.

Na komputerze wykonaj 30-sekundowy pomiar korelacji czasowej. Następnie ustaw temperaturę sceny na 35 stopni Celsjusza. Ponieważ ta temperatura jest wyższa od dolnej krytycznej temperatury roztworu, roztwór zmieni się z klarownego na mętny.

Wykonaj kolejny pomiar funkcji korelacji czasu. Oto funkcje korelacji czasowej dla standardu zawiesiny lateksowej polistyrenu w dwóch różnych punktach ogniskowych. Czerwona krzywa odpowiada funkcji korelacji czasowej, której amplituda początkowa wynosi w przybliżeniu jeden.

Niebieska krzywa odpowiada początkowej amplitudzie około 0,2. Jest to rozkład wielkości uzyskany przez odwrotną transformację Laplace'a danych o początkowej amplitudzie 0,2. W obliczeniach uwzględniany jest wpływ częściowej heterodyny.

Nominalny promień cząstek wynosi 50 nanometrów. Te funkcje korelacji czasowej dotyczą poli(NIPA) poniżej i powyżej dolnej temperatury krytycznej roztworu. krzywa odpowiada pomiarowi w temperaturze 25 stopni Celsjusza.

Czerwona krzywa odpowiada pomiarowi w temperaturze 35 stopni Celsjusza i natychmiast po tym, jak roztwór stał się mętny. Niebieska krzywa służy do pomiaru w temperaturze 35 stopni Celsjusza, 20 minut po tym, jak roztwór stał się mętny. Poniżej przedstawiono rozkłady wielkości skojarzone z każdym z warunków pomiaru.

Poniżej dolnej temperatury krytycznej roztworu średni promień hydrodynamiczny wynosi kilka dziesiątych nanometrów. Powyżej temperatury krytycznej rozmiar wynosi około 1 mikrometra. Przesunięcie krzywych z temperaturą umiarkowaną i czasem sugeruje wzrost agregacji.