سحر التشتت بالموجات فوق الصوتية في تحليل حجم جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم

ثاني أكسيد التيتانيوم، يعتبر أحد أفضل الصبغات البيضاء غير العضوية البيضاء بسبب عتامته الممتازة وبياضه وسطوعه. يتمتع ثاني أكسيد التيتانيوم باستقرار كيميائي كبير ويستخدم على نطاق واسع في الطلاء والبلاستيك والورق وحبر الطباعة والألياف الكيميائية والمطاط ومستحضرات التجميل وغيرها من الصناعات. نظرًا لارتفاع الطاقة السطحية لذرات الأكسجين، يوجد تفاعل قوي في سطح جزيئات الأكسيد غير العضوي مما يؤدي إلى تكتل جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم. وبصفة عامة، وبسبب هذا التكتل لجزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم، يمكن أن تتأثر دقة تحليل حجم الجسيمات المفردة في قياسات حيود الليزر و SEM (المجهر الإلكتروني الماسح)، يمكن أن تساعد تقنية الموجات فوق الصوتية في عكس تكتل ثاني أكسيد التيتانيوم، دعونا نلاحظ هذا التغيير الجميل.

ثاني أكسيد التيتانيوم المتكتل في SEM

الشكل 1.صورة SEM لمسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم

الشكل2. صورة تصغير SEM لمسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم

يوضح الشكل 1 صورة SEM لتكبير جزئي لمسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم. وتكون بلورات ثاني أكسيد التيتانيوم متجانسة وصغيرة نسبيًا، ويتراوح حجم الجسيمات بين 20 و30 نانومترًا تقريبًا. في الشكل 2، يتم تكبير كاميرا SEM وتظهر أن تكتلات ثاني أكسيد التيتانيوم تتكون في الواقع من عدد كبير من الجسيمات 'الأولية'. في الواقع، مع إبعاد العدسة أكثر يمكننا أن نرى أن ثاني أكسيد التيتانيوم يتألف من عدد كبير من البنى 'الركامية'. وهذا هو السبب في أن حيود الليزر وSEM يحدث أحياناً فرقاً كبيراً في نتائج محلل الجسيمات. إن SEM فعال للغاية في النظر إلى مورفولوجيا الجسيمات المجهرية والبلورات المفردة الأصلية، في حين أن محلل حجم الجسيمات بالليزر أكثر ملاءمة للنظر إلى الجسيمات 'الكلية' والتوزيع الإحصائي. إذن، ماذا يحدث عندما نطبق الموجات فوق الصوتية على هذه التكتلات؟

التشتت بالموجات فوق الصوتية في ثاني أكسيد التيتانيوم

على الرغم من سهولة تكتل ثاني أكسيد التيتانيوم، إلا أنه سينتج تأثير تشتت أفضل طالما تم استخدام الموجات فوق الصوتية بشكل طفيف.

الشكل 3. نتائج العينة (أ) بدون الموجات فوق الصوتية في قياس Bettersizer 2600

الشكل 4. نتائج العينة (أ) مع الموجات فوق الصوتية في قياس Bettersizer 2600

الشكل 5- مقارنة بين العينة 18060406 قبل وبعد الموجات فوق الصوتية

العينة A عبارة عن مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم ويخضع حجمها لتغير مذهل بعد تطبيق المعالجة بالموجات فوق الصوتية. الشكل 3 هو العينة A بدون أي معالجة بالموجات فوق الصوتية والشكل 4 هو العينة A المعالجة بالموجات فوق الصوتية. في المقارنة بين الشكل 3 والشكل 4، يمكن ملاحظة أن متوسط حجم الجسيمات في العينة A قد تغير من حوالي 600 نانومتر إلى حوالي 300 نانومتر بعد الموجات فوق الصوتية. وبينما انخفض متوسط حجم الجسيمات بشكل ملحوظ، زاد محتوى الجسيمات الصغيرة بشكل ملحوظ.

في الختام، فإن نظام التشتت بالموجات فوق الصوتية قادر على تفريق الجسيمات المتكتلة وتشكيل جسيمات مشتتة بشكل موحد في الوسط. إذا لم يتم تشتيت الجسيمات المتكتلة، ستحدث نتائج غير دقيقة في تحليل حجم الجسيمات بواسطة SEM ومحلل حجم الجسيمات بالليزر. لذلك، فإن التشتت بالموجات فوق الصوتية مهم بشكل خاص لتحديد عينات ثاني أكسيد التيتانيوم.