Измерение Распределение частиц по размерам в мутных растворах с помощью динамического рассеяния света микроскопии

Общая цель этого эксперимента — продемонстрировать, что динамическое рассеяние света и конфокальная микроскопия могут быть использованы для измерения распределения частиц по размерам в мутных растворах без разбавления. Это настройка для микроскопа динамического рассеяния света. Он оснащен твердотельным лазером, способным работать на непрерывной волне мощностью 30 милливатт на 488 нанометрах.

Также имеется лавинный фотодиод, автокоррелятор, подключенный к компьютеру для проведения измерений. Инвертированный микроскоп в установке имеет предметный столик с регулятором температуры. В коробке находятся остальные оптические элементы, необходимые для проведения эксперимента.

Эта схема обеспечивает более полное представление компоновки для настройки. После формирования профиля луча луч вводится в микроскоп. Светорассеяние получается с помощью геометрии обратного рассеяния и направляется на детектор.

Пусковое зеркало позволяет наблюдать за отраженным светом через ПЗС-камеру. Образцы для эксперимента должны быть подготовлены на день вперед. Для подготовки образцов требуется 20 миллилитров дегазированной, деионизированной воды, а также очищенной NIPA.

Кроме того, для этого требуется небольшое количество TMEDA и персульфата аммония. На этапах подготовки также используются водяная баня с ледяной водой на мешалке, два реакционных сосуда, алюминиевая фольга и источник потока газа аргона. Начните с отмеривания 9,5 миллилитров дегазированной и деионизированной воды в реакционном сосуде.

Добавьте NIPA в воду. Далее переместите реакционный сосуд на водяную баню с ледяной водой на мешалке, и добавьте стержень для перемешивания. Используйте алюминиевую фольгу, чтобы накрыть ванну и сосуд, чтобы защитить реакцию от света.

Используйте наконечник пипетки, подключенный к источнику аргона, чтобы обеспечить умеренное поступление аргона в раствор. Включите мешалку, чтобы аккуратно помешивать раствор в течение 10 минут. Затем с помощью микропипетки отмерьте 11,9 микролитров TMEDA.

Кратко оттяните фольгу, чтобы добавить TMEDA в раствор, а затем продолжайте помешивать под аргоном еще минуту. Пока образец перемешивается, поработайте со вторым реакционным сосудом. Поместите в сосуд 4 миллиграмм персульфата аммония.

Затем добавьте 0,5 миллилитра дегазированной и деионизированной воды. Когда персульфат аммония растворится, добавьте раствор в раствор образца и продолжайте помешивать в течение 30 секунд под потоком аргона. Через 30 секунд снимите реакционный сосуд с ледяной бани и перемешайте.

При подготовке к хранению накройте сосуд алюминиевой фольгой, перед использованием переместите раствор в холодильник для хранения при температуре четыре градуса Цельсия на ночь. После извлечения образца раствора подготовьте его к использованию с микроскопом. Подготовьте два предметных стекла, две круглые стеклянные крышки и соответствующий клей, чтобы сделать образец и стандартный справочный предметный знак.

Для предметного стекла отмерьте 60 микролитров раствора образца. Поместите раствор в одну из полостей предметных стекол. Накройте раствор круглой крышкой, стараясь не задерживать пузырьки воздуха.

Удалите излишки раствора с помощью микропипетки и лабораторных салфеток. Затем нанесите клей по периметру крышки для того, чтобы запечатать растворное горло. Затем создайте стандартный эталон.

Для этого используют раствор полистирольного латекса с содержанием 0,1 весового процента. Во вторую полость предметного стекла добавьте 60 микролитров раствора полистирольного латекса, накройте его стеклянной крышкой и убедитесь, что пузырьки не задерживаются. После удаления излишков раствора нанесите клей, чтобы запечатать раствор в предметном стекле

Для обоих слайдов дайте клею высохнуть при комнатной температуре. На этом этапе поднесите предметное стекло к инвертированному микроскопу, оснащенному объективом с 10-кратным увеличением, и поместите его на предметный столик микроскопа. Покровное стекло должно быть обращено вниз.

Продолжайте работу, разместив демпфер луча перед детектором. Далее подайте лазерный луч на образец через линзу объектива. Перейдем к работе с объективом.

Отрегулируйте высоту объектива, чтобы установить точку фокусировки. При просмотре с помощью ПЗС-матрицы, когда объектив поднимается из своего нижнего положения, отраженное изображение сначала фокусируется на поверхности защитного стекла. Затем он сфокусируется на границе между покровным стеклом и образцом.

В третий раз он сфокусируется на границе между образцом и предметным стеклом. Установите фокусную точку между интерфейсом образца обложки и интерфейсом образца предметного стекла. Ослабьте рассеянный свет, уменьшив мощность лазера.

Затем снимите блок луча, чтобы ввести рассеянный свет в детектор. Когда все будет готово, запустите 30-секундное измерение временной корреляции с помощью управляющего компьютера. Далее отрегулируйте фокусную точку микроскопа перед повторением измерения.

Используйте несколько фокусных точек для получения широкого диапазона начальной амплитуды функции временной корреляции. Когда будет собрано достаточно данных, поместите перед детектором демпфер луча. У микроскопа снимите штатное предметное стекло.

Начните процесс измерения образца с пустого предметного столика микроскопа и установите температуру на 25 градусов Цельсия. Затем поместите подготовленный образец предметного стекла на сцену крышкой вниз. Отрегулируйте высоту линзы объектива, чтобы определить границу раздела образца крышки.

Отрегулируйте его дальше, чтобы найти образец интерфейса слайда. Для измерения установите фокусную точку между этими двумя положениями. Снимите демпфер луча перед детектором.

За компьютером выполните 30-секундное измерение временной корреляции. Далее установите температуру рабочей области на 35 градусов по Цельсию. Поскольку эта температура находится выше нижней критической температуры раствора, раствор будет переходить от прозрачного к мутному.

Выполните еще одно измерение функции временной корреляции. Ниже приведены функции временной корреляции для стандартной суспензии из полистирольного латекса в двух разных фокусных точках. Красная кривая соответствует функции временной корреляции, начальная амплитуда которой равна примерно единице.

Синяя кривая соответствует начальной амплитуде около 0,2. Это распределение размеров, полученное путем обратного преобразования данных Лапласа с начальной амплитудой 0,2. При расчете учитывается эффект частичного гетеродининга.

Номинальный радиус частицы составляет 50 нанометров. Эти функции временной корреляции для поли(NIPA) ниже и выше более низкой критической температуры раствора. Черная кривая соответствует измерению при температуре 25 градусов по Цельсию.

Красная кривая соответствует измерению при 35 градусах Цельсия, и сразу после этого раствор стал мутным. Синяя кривая предназначена для измерения при температуре 35 градусов по Цельсию, через 20 минут после того, как раствор стал мутным. Ниже приведены распределения размеров, связанные с каждым из условий измерения.

Ниже нижней критической температуры раствора средний гидродинамический радиус составляет несколько десятых нанометров. Выше критической температуры размер составляет около 1 микрометра. Сдвиг кривых с умеренным климатом и временем предполагает рост агрегации.