Messung der Partikelgröße und Größenverteilung von Vitamin B1 mit dem Nanoptic 90 Plus

Vitamin B1 (VB1), auch bekannt als Thiamin, hat ein Molekulargewicht von 337,3 Da und ist leicht in Wasser löslich. Es ist das erste Vitamin, dessen Fähigkeit, den Zuckerstoffwechsel und die Nervenleitung im menschlichen Körper aufrechtzuerhalten, nachgewiesen wurde.

Aufgrund des recht kleinen Molekülvolumens und des geringen Molekulargewichts ist die Streuwirkung von VB1 sehr schwach. Um die Partikelgröße solch kleiner Moleküle zu messen, ist die ausgezeichnete Empfindlichkeit eines dynamischen optischen Lichtstreuungssystems erforderlich.

Hier wird das Nanoptic 90 Plus (Nanopartikelgrößenanalysator) von Bettersize Instruments Ltd. verwendet, um die Partikelgröße und Größenverteilung des Vitamin B1-Moleküls zu analysieren. Wie in Tabelle 1 dargestellt, wurden VB1-Lösungen in verschiedenen Konzentrationen hergestellt.

Die Messtemperatur wurde durch das eingebaute Temperaturkontrollsystem auf 25 ± 0,1 °C eingestellt. Als Dispersionsmittel wurde Wasser mit einer Viskosität von 0,88 cp bei 25 °C und einem Brechungsindex von 1,33 verwendet. Da die Partikel recht klein sind und der Streueffekt extrem schwach ist, kann das Vorhandensein von Verunreinigungen (z. B. Staub) die Testergebnisse erheblich beeinträchtigen. Daher muss die Probe vorgereinigt werden, und für die Probenfiltration wurde ein 220-nm-PES-Filter verwendet. Außerdem betrug die Menge der getesteten Probe etwa 1,5 mL. Die Dauer des Temperaturgleichgewichts wurde für jede Probe auf 120 s festgelegt, und jede Probe wurde mindestens dreimal gemessen, damit wir die Wiederholbarkeit und damit die relative Standardabweichung der Ergebnisse ermitteln konnten.

Abbildung 1. Korrelationsfunktionen der VB1-Lösung bei verschiedenen Konzentrationen

Die Korrelationsfunktionen von VB1-Proben in verschiedenen Konzentrationen wurden berechnet und aus den ursprünglichen Streusignalen mit dem Nanoptic 90 Plus ermittelt.

Aufgrund der schnellen Brownschen Bewegung der kleinen Moleküle waren die Abklingraten der Korrelationsfunktionen sehr schnell, und die Korrelationsfunktionen erreichten innerhalb von 10 μs die Basislinie, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Bei allen vorbereiteten Proben lagen die Schnittpunkte der Korrelationsfunktionen zwischen 0,55 und 0,65, was ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis darstellt. Die gute Wiederholbarkeit der Korrelationsfunktionen deutet auf eine sehr hohe Empfindlichkeit und Stabilität des optischen Systems Nanoptic 90 Plus hin.

Abbildung 2. Die Partikelgrößenverteilungen von VB1 bei verschiedenen Konzentrationen

Die Ergebnisse der Mehrfachmessungen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Das Nanoptic 90 Plus lieferte sehr gute Wiederholbarkeitsergebnisse für VB1 bei verschiedenen Konzentrationen in Bezug auf die Z-Durchschnittspartikelgröße und die PD.I. Die gemessenen Partikelgrößen lagen bei allen Konzentrationen unter 1,0 nm, und die Partikelgröße nahm mit der Konzentration leicht ab. Was ist der Grund für die Abnahme der Partikelgröße mit der Konzentration der VB1-Lösung? Die Antwort ist, dass die Viskosität der VB1-Lösung mit zunehmender Konzentration steigt. Die gemessene Partikelgröße nimmt ab, da die VB1-Moleküle mit höherer Viskosität langsamer diffundieren und eine langsamere Brownsche Bewegung ausführen.

Tabelle 2. Teilchengrößen und Verteilungskoeffizienten von VB1 bei verschiedenen Konzentrationen

Wie aus den Versuchsergebnissen hervorgeht, liefert das System Nanoptic 90 Plus äußerst zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse zur Partikelgröße selbst für Sub-Nanopartikel bis hinunter zu 0,5 nm mit sehr geringem Streueffekt, da es mit einem 50-mW-Festkörperlaser, einem hochempfindlichen APD-Detektor, einem Singlemode-Faserdetektionssystem und einem ultraschnellen Multimode-Korrelatorsystem ausgestattet ist. Das Nanoptic 90 Plus mit seiner beispiellosen Empfindlichkeit und dem unteren Grenzmessbereich für sehr kleine Partikel hat sich somit als leistungsstarker Partikelgrößenanalysator unter Verwendung der dynamischen Lichtstreuungstechnik erwiesen.