В апреле на платформе edunano.ru в рамках «Открытого лектория» прошел вебинар, посвященный анализу наночастиц и новому методу измерения размеров нанообъектов в жидких средах. Об экспериментальном методе динамического рассеяния света (Dynamic Light Scattering, DLS), который позволяет контролировать качество продукции на различных стадиях производства, об основных теоретических принципах и практике применения наноматериалов в различных измерениях рассказал ведущий специалист компании «Фотокор» Владимир Курьяков - публикуем материал по итогам вебинара.

О новом инструменте изучения нанотехнологий – методе динамического рассеивания света

Экспериментальный метод DLS (или фотонная корреляционная спектроскопия) позволяет измерять размеры наночастиц и субмикронных частиц в жидких средах.

Современные приборы позволяют исследовать динамику рассевания света на очень малых временах до 10 наносекунд. Метод DLS анализирует фотоны, а именно временные корреляции флуктуаций интенсивности света и уширение спектра его в состоянии рассеянности.

В чем суть метода

Объекты, которые измеряются, должны совершать броуновское движение. Броуновское движение приводит к локальной плотности этих частиц, а так как интенсивность рассеянного света зависит от концентрации рассеивателей, то такие концентрации частиц приводят к флуктуации интенсивности рассеянного света.

Проанализировав все это, мы получаем информацию о диффузии частиц, которые рассеяли свет, и их размере. То есть метод основан на анализе диффузий частиц через рассеяние на них лазерного излучения.

Оптическое измерение непрозрачных или высококонцентрированных поверхностей

Можно ли оптический пример измерения рассеянного света применить к непрозрачным образцам? Да, если реализовать одну из двух схем: 1. геометрия обратного рассеивания; 2. угловая геометрия. Проникновения лазерного луча под определёнными углами на долю миллиметра в образец достаточно, чтобы собрать рассеянный свет и, проанализировав объем, измерить частицы.

Себестоимость, характеристики, сферы применения и ограничения метода

Размер измеряемых частиц для этого метода от 0,5 нанометров до нескольких микрон. Время проведения одного измерения около 30 секунд. Погрешность измерения - 1%. У метода высокая чувствительность и при этом низкая себестоимость, возможность измерений в широком интервале температур и давлений. Для микробиологов и химиков важна информация об объеме образцов измерения – от 50 мкл.

Метод используется в нанотехнологиях, фармацевтике, био- и химической отраслях, а также для измерения скоростей потоков жидкостей и газов и электрофоретической подвижности наночастиц (то есть в газовой промышленности и «нефтянке»).

DLS в производстве: каким специалистам и в каких продуктах

Метод позволяет исследовать: агрегацию асфальтенов (нефтегазовая промышленность), воздействие на порфирины (применение в очень широком срезе отраслей, в частности, в медицине: воздействуя на порфирины, введенные предварительно в опухоль, приводить к локальному термическому разрушению онкологических клеток), микро- и наноэмульсии (измеряет размер, температурную зависимость капель эмульсии и температуру фазовых переходов).

Специалисты фармацевтической отрасли применяют DLS для контроля за нано-капсулами или нано-контейнерами, используемыми для транспортировки активного вещества в организме. Косметологи - для измерения размера и оценки стабильности косметических нано- и микроэмульсий (масла в воде). Биофизики - для измерений размеров белков и определения температуры денатурации белка. При производстве современных строительных материалов метод применяют для контроля размера и стабильности нано- и субмикронных модифицирующих добавок, в пищевой отрасли данный метод может быть использован для измерений жировых эмульсий и оценки их стабильности.

Nota bene

Для результативности измерения необходимо помнить условия: частицы должны совершать броуновское движение, они должны рассеивать свет. Этого уже достаточно, чтобы проанализировать их размер.

Посмотреть видеозапись вебинара «Измерение размеров наночастиц методом динамического рассеяния света. Теория и практика применения» можно здесь.