Контакты >

Спектрометрия динамического рассеяния

Наночастицы присутствуют в атмосферном воздухе как аэрозоли природного и техногенного происхождения, в природных водах, в газовых и жидкостных технологических средах. К частицам с размером от единиц до сотен нанометров относятся: белки и белковые агрегаты, вирусы, мицеллы, полимеры, макромолекулы, нанокристаллы и неорганические нанопорошки.

Измерение размеров наночастиц, оценка стабильности нанодисперсных систем требуется для решения широкого спектра технических, технологических, научных и экологических задач. Многие типы наночастиц являются токсичными и канцерогенными, поэтому возрастает актуальность развития методов обнаружения и контроля содержания наночастиц.

Методы светорассеяния открывают широкие возможности для измерений параметров наночастиц в непрерывном режиме (on-line), без специальной пробоподготовки, что позволяет выйти на новый уровень в области нанотехнологий и технологий интегральных схем, полимерных, керамических и пищевых производств, фармации и косметологии, медицины и биологии. При анализе вирусов, белков и других типов проб для биологических и медицинских приложений крайне важно проводить измерения параметров частиц в естественной среде, чтобы исключить возможность изменения структуры объектов в процессе пробоподготовки.

Методы рассеяния света обладают принципиальными преимуществами перед другими методами измерения размеров частиц:

  1. возможность анализа без изменения структуры образца (в том числе in vivo), что невозможно в электронной микроскопии;
  2. большая статистическая надежность и экспрессность, чем в микроскопии;
  3. более точный анализ полидисперсных систем, чем в методе Культера (измерение электропроводности);
  4. разрешение значительно выше, чем в ситовых методах;
  5. многократно меньшее время анализа при большей точности измерений измерения по сравнению с седиментационными методами;
  6. разрешение на уровне электронной и атомно-силовой микроскопии (до 0,5 нм) при значительно меньшей стоимости анализа.

Спектроскопия динамического рассеяния света позволяет производить измерение размеров частиц при рекордно малых концентрациях – до ppt, при этом минимальный объем пробы составляет всего несколько микролитров. Соответствующая предельная чувствительность составляет несколько нанограммов для некоторых типов образцов.

pic1[1] Схема прибора для оптического измерения параметров наночастиц

В процессе броуновского движения меняется взаимное расположение частиц, происходят флуктуационные изменения концентрации частиц и условий интерференции рассеянных волн, что приводит к колебаниям интенсивности рассеянного света I(t). Суммарная интенсивность света, рассеянного на системе частиц, определяется неоднородностью показателя преломления среды, связанной с флуктуациями концентрации частиц. Существует равновесие между появлением флуктуаций в результате броуновского движения и исчезновением флуктуаций в процессе диффузии. Скорость изменений интенсивности рассеянного света определяется коэффициентом диффузии и зависит от размера частиц.

pic2[1]

Флуктуации интенсивности и корреляционная функция

Измерение размеров частиц происходит в несколько этапов:

  1. измерений с большим временным разрешением интенсивности излучения, рассеянного наночастицами пробы;
  2. корреляционная обработка сигнала;
  3. определение времени релаксации флуктуаций tc по корреляционной функции интенсивности и вычисление размеров частиц.

При анализе частиц несферической формы методами динамического рассеяния света возможно проявление артефактов, так как при обработке сигналов используется приближение эквивалентных сфер.

Для измерения размеров, формы наночастиц, анализа вирусов, биологических и неорганических проб в Инновационном Центре «Бирюч» разрабатываются специальные методы измерений и обработки сигналов на основе детальной теории, а также спектрометров, позволяющих выполнить все необходимые замеры.

pic_221106

Фотодетекторный модуль с усилителем

Спектрометр динамического рассеяния.pdf

Мировые аналоги →

Возврат к списку
Вакансии:
Инженер-электроник 3 категории Другие вакансии