Medição do Tamanho de Partículas Distribuição em turvas Solutions pela Dynamic dispersão de luz Microscopia

O objetivo geral deste experimento é demonstrar que o espalhamento dinâmico de luz e a microscopia confocal podem ser usados para medir a distribuição do tamanho das partículas em soluções turvas sem diluição. Esta é a configuração para o microscópio dinâmico de espalhamento de luz. Possui um laser de estado sólido capaz de operação de onda contínua de 30 miliwatts a 488 nanômetros.

Há também um fotodiodo de avalanche, um autocorrelacionador conectado a um computador para medições. O microscópio invertido na configuração possui uma platina com regulador de temperatura. A caixa contém os elementos ópticos restantes necessários para o experimento.

Este esquema fornece uma visão mais completa do layout da configuração. Depois de moldar o perfil do feixe, o feixe é introduzido no microscópio. A dispersão da luz é obtida com uma geometria de retrodifusão e guiada para um detector.

Um espelho de lançamento permite que alguma luz refletida seja observada por meio de uma câmera CCD. As amostras para o experimento devem ser preparadas com um dia de antecedência. A preparação da amostra requer 20 mililitros de água desgaseificada e deionizada, bem como LIPA purificada.

Além disso, requer pequenas quantidades de TMEDA e persulfato de amônio. As etapas de preparação também fazem uso de um banho de água gelada em um agitador, dois vasos de reação, papel alumínio e uma fonte de fluxo de gás argônio. Comece medindo 9,5 mililitros de água desgaseificada e deionizada em um recipiente de reação.

Adicione o NIPA à água. Em seguida, mova o recipiente de reação para o banho de água gelada no agitador e adicione a haste de agitação. Use papel alumínio para cobrir o banho e o recipiente para proteger a reação da luz.

Use uma ponta de pipeta conectada à fonte de argônio para providenciar um fluxo moderado de argônio na solução. Ligue o agitador para mexer suavemente a solução por 10 minutos. Em seguida, use uma micropipeta para medir 11,9 microlitros de TMEDA.

Resumidamente, retire a folha para adicionar o TMEDA à solução e continue mexendo sob gás argônio por mais um minuto. Enquanto a amostra está sendo agitada, trabalhe com o segundo recipiente de reação. Coloque 4 miligramas de persulfato de amônio no recipiente.

Em seguida, adicione 0,5 mililitros de água desgaseificada e deionizada. Quando o persulfato de amônio estiver dissolvido, adicione a solução à solução da amostra e continue agitando por 30 segundos sob fluxo de argônio. Após 30 segundos, remova o recipiente de reação do banho de gelo e do agitador.

Na preparação para o armazenamento, cubra o recipiente com papel alumínio, leve a solução para uma geladeira para armazenamento a quatro graus Celsius durante a noite antes de usá-la. Depois de recuperar a solução de amostra, prepare-a para uso com o microscópio. Preparar duas lâminas de cavidade, duas tampas circulares de vidro e cola adequada, a fim de fazer uma amostra e uma lâmina de referência padrão.

Para a lâmina de amostra, meça 60 microlitros da solução de amostra. Coloque a solução em uma das lâminas da cavidade. Cubra a solução com uma tampa circular, tomando cuidado para não prender bolhas de ar.

Remova o excesso de solução com uma micropipeta e lenços umedecidos de laboratório. Em seguida, aplique cola no perímetro da tampa para selar a lâmina da solução. Em seguida, crie uma referência padrão.

Para isso, use uma solução de látex de poliestireno a 0,1% em peso. Na segunda lâmina cavitária, adicione 60 microlitros da solução de látex de poliestireno, cubra-a com uma tampa de vidro e certifique-se de que nenhuma bolha fique presa. Depois de remover o excesso de solução, aplique cola para selar a solução na lâmina.

Para ambas as lâminas, deixe a cola secar em temperatura ambiente. Neste ponto, leve a lâmina de referência para o microscópio invertido equipado com uma lente objetiva 10 vezes e coloque-a no microscópio stage. A lamínula deve estar voltada para baixo.

Continue colocando um feixe damper na frente do detector. Em seguida, aplique o feixe de laser na amostra através da lente objetiva. Passe a trabalhar com a lente objetiva.

Ajuste a altura da lente para definir o ponto focal. Visto com o CCD, à medida que a objetiva sobe de sua posição mais baixa, a imagem refletida focará primeiro na superfície da lamínula. Em seguida, ele se concentrará na interface entre a lamínula e a amostra.

Ele se concentrará uma terceira vez na interface entre a amostra e o vidro da lâmina. Defina o ponto focal entre a interface da amostra de cobertura e a interface da lâmina da amostra. Atenue a luz espalhada reduzindo a potência do laser.

Em seguida, remova o bloco de feixe para introduzir a luz espalhada no detector. Quando estiver pronto, inicie uma medição de correlação de tempo de 30 segundos através do computador de controle. Em seguida, ajuste o ponto focal do microscópio antes de repetir a medição.

Use vários pontos focais para obter uma ampla faixa para a amplitude inicial da função de correlação de tempo. Quando dados suficientes forem coletados, coloque um feixe damper na frente do detector. No microscópio, remova a lâmina de referência padrão.

Inicie o processo de medição da amostra com um estágio de microscópio vazio e ajuste a temperatura para 25 graus Celsius. Em seguida, coloque a lâmina de amostra preparada no palco com a tampa voltada para baixo. Ajuste a altura da lente objetiva para identificar a interface da amostra de capa.

Ajuste-o ainda mais para encontrar a interface do slide de amostra. Para a medição, defina o ponto focal entre essas duas posições. Remova o feixe damper da frente do detector.

No computador, execute uma medição de correlação de tempo de 30 segundos. Em seguida, defina a temperatura do palco para 35 graus Celsius. Como essa temperatura está acima da temperatura crítica mais baixa da solução, a solução passará de clara a turva.

Execute outra medição da função de correlação de tempo. Aqui estão as funções de correlação de tempo para o padrão de suspensão de látex de poliestireno em dois pontos focais diferentes. A curva vermelha corresponde a uma função de correlação de tempo cuja amplitude inicial é aproximadamente um.

A curva azul corresponde a uma amplitude inicial de cerca de 0,2. Esta é a distribuição de tamanho obtida pela transformada de Laplace inversa dos dados com uma amplitude inicial de 0,2. O cálculo leva em consideração o efeito do heteródino parcial.

O raio nominal da partícula é de 50 nanômetros. Essas funções de correlação de tempo são para poli (NIPA) abaixo e acima da temperatura crítica mais baixa da solução. A curva preta corresponde a uma medição a 25 graus Celsius.

A curva vermelha corresponde a uma medição a 35 graus Celsius e imediatamente após a solução tornou-se turva. A curva azul é para uma medição a 35 graus Celsius, 20 minutos após a solução se tornar turva. Aqui estão as distribuições de tamanho associadas a cada uma das condições de medição.

Abaixo da temperatura crítica mais baixa da solução, o raio hidrodinâmico médio é de vários décimos de nanômetros. Acima da temperatura crítica, o tamanho é de cerca de 1 micrômetro. A mudança nas curvas com temperado e tempo sugere o crescimento da agregação.