استكشاف قدرة الاستبانة الخاصة بجهاز Nanoptic 90 Plus

مقدمة

يقيس التشتت الديناميكي للضوء، والمعروف أيضاً باسم التحليل الطيفي لارتباط الفوتون، تقلبات شدة التشتت للعينة في وسط سائل مناسب، والحصول على معامل الانتشار D للجسيمات التي تتحرك بسرعات مختلفة (تعتمد على حجمها) تحت تأثير الحركة البراونية. يمكن تحويل معامل الانتشار إلى حجم الجسيمات، أي القطر الهيدروديناميكي DH، من خلال معادلة ستوكس-آينشتاين.

حيثk_Bهو ثابت بولتزمان,T هي درجة الحرارة، و η هي لزوجة المشتت.

يتم الحصول على توزيع حجم الجسيمات لتشتت الضوء الديناميكي بواسطة خوارزميات مختلفة، بما في ذلك CONTIN والمربعات الصغرى غير السالبة (NNLS). يتم تركيب مصفوفة معدل الاضمحلال ΓI التي تم الحصول عليها من خلال أحجام الجسيمات DH(i) على دالة الارتباط لتوفير الكثافة النسبية لكل جزء من حجم الجسيمات. من حيث الدقة الخوارزمية لتوزيع حجم الجسيمات، تُعدّ طريقة المربعات الصغرى السالبة (NNLS) أفضل من طريقتَي CONTIN أو Cumulants.

تجدر الإشارة إلى أن التشتت الضوئي الديناميكي ليس تقنية عالية الدقة لتحليل توزيع حجم الجسيمات، مقارنةً ببعض تقنيات القياس الأخرى. وباستخدام أعلى دقة، يمكن لهذه التقنية تحديد قمتين فرديتين لمكونين موزعين بشكل ضيق مع اختلاف في الحجم يبلغ ثلاثة أضعاف أو أكثر. وبالإضافة إلى ذلك، تتأثر دقة استبانة جهاز التشتت الضوئي الديناميكي بعوامل عديدة، بما في ذلك دقة ضبط مسار الضوء، وقوة مصدر الضوء، ومواضع قنوات الارتباط، وعدد القنوات، وحساسية أجهزة الكشف، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء.

وكما نعلم، تتعارض دقة توزيع حجم الجسيمات مع ثبات النتيجة. بعبارة أخرى، تؤدي الدقة الأعلى إلى ثبات أقل إلى حد ما. في هذه المقالة، سوف نتحقق في هذه المقالة من قدرة الدقة الممتازة لجهاز Nanoptic 90 Plus، من خلال قياس خليط من عينتين من اللاتكس.

 

 

تحضير العينة

تم تزويد جهاز Nanoptic 90 Plus من شركة Bettersize Instruments Ltd. بليزر الحالة الصلبة 671 نانومتر بقوة 51 ميجاوات. يتم محاذاة الألياف الضوئية المتصلة بكاشف الصمام الضوئي الانهيار المتقطع (APD) عند 90 درجة لتسجيل شدة التشتت. ويتم تركيب دالة الارتباط التي تم الحصول عليها باستخدام خوارزمية NNLS.
استُخدم لاتكس بوليسترين أحادي التشتت 60 نانومتر و200 نانومتر. وكان المحتوى الصلب للعينة 1% بالوزن.
تم تحضير العينات بالخطوات التالية.

1) بالنسبة لعينة 60 نانومتر، تم تخفيف 100 ميكرولتر من اللاتكس في 1.5 مل من محلول 20 ملي مولار من كلوريد الصوديوم.
2) بالنسبة لعينة 200 نانومتر، تم تخفيف 7 ميكرولتر من اللاتكس في 1.5 مل من محلول 20 ملي مولار من كلوريد الصوديوم.
3) بالنسبة إلى خليط 60 نانومتر و200 نانومتر: تم خلط 100 ميكرولتر من عينة 60 نانومتر و7 ميكرولتر من لاتكس البوليسترين 200 نانومتر وتخفيفه في 1.5 مل من محلول 20 ملي ملي مولار من كلوريد الصوديوم.

بدلاً من الماء، تمت إضافة 20 ملي ملي مولار من كلوريد الصوديوم كمادة مخففة لقمع الطبقات المزدوجة للجسيمات الناتجة عن الشحنات السطحية، وبالتالي تقليل التفاعل بين الجسيمات.
تم إجراء القياس عند درجة حرارة 25 درجة مئوية مع استمرار مدة توازن درجة الحرارة 120 ثانية. تم قياس كل عينة ثلاث مرات على الأقل لإظهار الانحرافات المعيارية.

النتائج والمناقشات

كما هو موضح في الجدول 1، يمكن استنتاج أن Nanoptic 90 Plus يتمتع بإمكانية تكرار ممتازة لجميع العينات. وتقل قيمة Pd.I لعينات 60 نانومتر و200 نانومتر عن 0.05 مما يشير إلى أنها عينات أحادية التشتت، والنتائج التي تم الحصول عليها كلها ضمن القيم الاسمية لعينات البوليسترين اللاتكس. يبلغ متوسط Z-المتوسط Z لخليط اللاتكس 60 نانومتر و200 نانومتر 118.02 نانومتر، ويبلغ Pd.I 0.2 مما يدل على أنها تصبح عينة واسعة التشتت بعد الخلط.

وكما يتضح من التوزيع الحجمي لمزيج 60 نانومتر و200 نانومتر، فإن خوارزمية NNLS قادرة على تمييز قمتي الحجم وتوفير قيم ذروة جيدة، مما يوضح عقلانية خوارزمية NNLS وكذلك الدقة الممتازة لـ Nanoptic 90 Plus.