تصورات غلط رایج در مورد اندازه گیری اندازه ذرات نانو باروش پراکندگی نور پویا  DLS

پراکندگی نور پویا (DLS) روشی رایج برای اندازه‌گیری اندازه و توزیع اندازه ذرات و مولکول‌ها است. در طول سال‌ها، افسانه‌های متعددی در مورد ارزش پراکندگی نور و کاربرد آن در کاربردهای مختلف شکل گرفته است. این مقاله برخی از این تصورات غلط رایج را افشا کرده و پاسخ‌هایی برای هر یک ارائه می‌دهد.

1- DLS و SLS متدهای یکسانی هستند – نادرست

DLS و SLS  دو تکنیک متفاوت هستند و چیزهای متفاوتی را اندازه‌گیری می‌کنند. DLS نوسانات نور پراکنده شده را در طول زمان بررسی می‌کند و این سیگنال را با استفاده از تکنیک خودهمبستگی پردازش می‌کند، که به نوبه خود ضریب انتشار انتقالی (DT) یک ذره را می‌دهد و سپس توزیع اندازه آن، شعاع هیدرودینامیکی متوسط (Rh) ​​یا پراکندگی چندگانه را تعیین می‌کند.

در SLS، شدت کل پراکنده شده نور به عنوان معیاری از غلظت یا زاویه اندازه ‌گیری می‌شود. این معمولاً در Debye یا Zimm خلاصه می‌شود. سپس می‌توان شعاع گردش (Rg)، وزن مولکولی متوسط ​​وزنی (Mw)  و ضریب دوم ویریال (A2) را برای نمونه‌های مورد مطالعه اندازه‌گیری کرد.

2- اندازه‌گیری وزن مولکولی از طریق SLS به زوایای چندگانه نیاز دارد – نادرست

SLS می‌تواند رابطه پراکندگی وابسته به غلظت یا زاویه، یا هر دو را بررسی کند. این یک تصور غلط رایج است که ابزار دقیق چند زاویه‌ای برای اندازه‌گیری‌های وزن مولکولی مطلق مهم است.

اندازه‌گیری‌های SLS را می‌توان با بررسی شدت نور به عنوان یک عامل غلظت یا زاویه انجام داد. وقتی اندازه کمتر از حد ۱/۲۰ طول موج لیزر باشد، هیچ وابستگی زاویه‌ای در نور پراکنده شده وجود نخواهد داشت و با افزودن چندین آشکارساز نمی‌توان اطلاعات اضافی به دست آورد.

3- SLS هنگام تجزیه و تحلیل حالت‌های مختلف الیگومری، وضوح بهتری نسبت به DLS ارائه می‌دهد – نادرست

SLS می‌تواند جرم مولی یا وزن مولکولی میانگین وزنی را اندازه‌گیری کند و برای تفکیک حالت‌های مختلف الیگومری به تکنیک جزء به جزء کردن یا جداسازی نیاز دارد.

به همین ترتیب، هنگامی که DLS با یک تکنیک جداسازی یا جزء به جزء کردن ترکیب می‌شود، می‌توان وضوح بالاتری را نسبت به اندازه‌گیری‌های حالت دسته‌ای، زمانی که نمونه حاوی الیگومرها است، به دست آورد.

با این حال، هر دو تکنیک SLS و DLS در غیاب تکنیک جداسازی، اندازه مولکولی میانگین وزنی یا وزن همه چیز را در نمونه دسته‌ای تولید می‌کنند.

4- آنالیز DLS برای اندازه ‌گیری موفقیت‌آمیز به نمونه‌های رقیق نیاز دارد - نادرست

اگرچه برخی از دستگاه‌های پراکندگی نور برای پراکندگی در محدوده پاسخ بهینه برای آشکارساز(ها) به نمونه‌های رقیق نیاز دارند، اما ابزارهای پراکندگی نور امروزی می‌توانند از روشی برای تضعیف خودکار لیزر استفاده کنند یا موقعیت اندازه‌گیری را در داخل نمونه تغییر دهند تا پراکندگی چندگانه و غلظت نمونه را بدون نیاز به تغییر نمونه، جبران کنند.

5- DLS برای نمونه‌های حاوی مواد تجمع یافته مناسب نیست - نادرست

با افزایش اندازه ذره، مقدار نور پراکنده شده توسط ذره نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. اگر مقداری نور(X) توسط ذره‌ای با اندازه معین پراکنده شود، اندازه ذره شدت نور پراکنده شده را دو برابر می‌کند و به ۸۴ برابر نور بیشتر می‌رساند.

این امر DLS را در تشخیص حتی مقادیر ناچیز آگلومره‌ها یا تجمعات بسیار حساس می‌کند و آن را در کاربردهای مختلف بسیار مفید می‌سازد. تشخیص و تعیین مقدار این تجمعات بزرگتر به اندازه توصیف خود ذره یا مولکول اصلی مهم است.

6- اندازه‌گیری‌های پراکندگی نور الکتروفورتیک تجاری، نمونه‌های بیولوژیکی را دناتوره می‌کند - نادرست

هنگام بارگذاری یا مطالعه نمونه‌های بیولوژیکی، ممکن است مراقبت ویژه‌ای لازم باشد و ابزارهای مناسب به طور خودکار انعطاف‌پذیری و اختیار کاربر را در انتخاب تنظیمات دقیق اندازه‌گیری فراهم می‌کنند.

بر اساس رسانایی نمونه اندازه‌گیری شده، ابزارهایی با پتانسیل زتا خوب می‌توانند به طور خودکار ولتاژ اعمال شده را تنظیم کنند تا قدرت میدانی ایجاد شود که باعث الکتروفورز شود و در عین حال به اندازه کافی ملایم باشد که نمونه‌های بیولوژیکی را دناتوره نکند.

7- همیشه نمونه‌ها را قبل از آنالیز پراکندگی نور فیلتر کنید - نادرست

اگرچه بهتر است نمونه‌ها را قبل از آنالیز پراکندگی نور فیلتر کنید تا از عاری بودن آنها از گرد و غبار اطمینان حاصل شود، اما در اکثر دستگاه‌ها نیازی به این کار نیست. سیستم‌های قدیمی‌تر DLS که از زوایای پراکندگی ۹۰ درجه استفاده می‌کردند، در واقع انجام اندازه‌ گیری‌های DLS را در حضور گرد و غبار یا سنگدانه‌ها دشوار می‌کردند. 

با این حال، نسل فعلی دستگاه‌ها، به ویژه آنهایی که با شاخص‌های ضریب کیفیت داده، طرح‌های نوری برگشتی و منطق رد گرد و غبار یکپارچه شده‌اند، قادر به انجام تجزیه و تحلیل روی نمونه‌های حاوی گرد و غبار و سنگدانه‌ها هستند.

8- تفسیر داده‌های DLS دشوار است - نادرست

ابزارهای مدرن DLS داده‌ها و گزارش‌های داده‌ای تولید می‌کنند که کاربرپسند هستند و معمولاً حاوی یک ضریب کیفیت هستند که کاربران را قادر می‌سازد تا درجه‌ای از اطمینان را به کیفیت داده‌ها اختصاص دهند.

وقتی تفسیر داده‌های DLS دشوار است، بیشتر به دلیل عدم درک نمونه است تا اینکه داده‌ها اساساً چه چیزی را گزارش می‌دهند.

9- هنگام استفاده از سیستم MALS، زوایای بیشتر به معنای دقت بیشتر است - نادرست

تعداد زوایای یک آشکارساز پراکندگی نور چند زاویه‌ای (MALS) مبنای اصلی دقت داده‌ها نیست. مشخص شده است که وقتی یک سیستم شامل زوایای بیشتری باشد، وزن مولکولی دقیق‌تر خواهد بود.

با این حال، دقت برون‌یابی تا 0 درجه است که در نهایت منجر به مقادیر Rg و وزن مولکولی محاسبه‌شده دقیق‌تر می‌شود و اگرچه داشتن زوایای بیشتر مهم است، اما کمترین زوایا حیاتی‌ترین هستند.

10- آنالیز DLS باید همان اندازه ذرات گزارش شده توسط TEM را گزارش کند - نادرست

DLS قادر به تعیین شعاع هیدرودینامیکی مولکول یا ذره، یعنی مولکول یا ذره هیدراته شده هنگام عبور از یک محیط معلق است و یک اندازه وزنی شدتی است. 

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تصویری از ذرات را به صورت الکترون ایجاد می‌کند که از طریق نمونه منتقل می‌شوند و منجر به توزیع اندازه وزنی عددی می‌شود. اندازه ذرات وزنی شدتی بیشتر تحت تأثیر ذرات بزرگتر در نمونه است، در حالی که اندازه ذرات وزنی تعداد بیشتر تحت تأثیر وجود ذرات کوچکتر است.

به این ترتیب، اندازه‌های وزنی شدتی در مقایسه با اندازه‌های وزنی تعداد در غیاب سایر مشکلات نمونه‌برداری، بزرگتر خواهند بود. در واقع، هر دو اندازه صحیح هستند زیرا آنها به سادگی چیزهای مختلفی را اندازه‌گیری و گزارش می‌کنند.

نتیجه‌گیری

DLS یک تکنیک کالیبره نشده است و از این رو نیازی به کالیبراسیون ندارد. این تکنیک برای اندازه‌گیری اندازه و توزیع اندازه ذرات/مولکول‌ها به خوبی تثبیت شده است.

پاسخ‌های فوق باید به رفع برخی از شبهات مربوط به ارزش و کاربرد پراکندگی نور در کاربردهای مختلف کمک کند.