در مطلب قبلی در مورد تکنیک فلوسایتومتری (Flow cytometry) صحبت کردیم. در این مطلب از دایا اکسیر که فروش مواد شیمیایی آزمایشگاهی را انجام میدهد، می خواهیم در خصوص روشی که برای تعیین اندازه و توزیع ذرات استفاده می شود با نام آنالیز DLS یا تفرق نور پویا صحبت کنیم. آنالیزهای بسیاری برای انجام اینکار وجود دارد که به طور مثال میتوان به آنالیزهای SEM و TEM برای بررسی ذرات در حالت خشک اشاره کرد. پس همینجا میتوان نتیجه گرفت که این سه آنالیز مکمل هم در بررسی اندازه و رفتار ذرات هستند که در بسیاری از تحقیقات از هر سه آنالیز استفاده می شود. در ادامه می خواهیم بیشتر در خصوص آنالیز DLS یا تفرق نور پویا (Dynamic light scattering) صحبت کنیم.
فهرست مطالبی که در ادامه به آنها پرداخته شده است:
آنالیز DLS یا تفرق نور پویا چیست؟
برای بررسی خواص ماده، تعیین اندازه ذرات در نمونه های کلوئیدی و پودری قدم ابتدایی است که برای آن روش های مختلفی وجود دارد از جمله روش پراکندگی نوری استاتیکی DLS و SLS. این دو روش اندازه ذرات را برپایه پراکندگی نور ذرات اندازه گیری می کنند؛ تنها تفاوت آنها در میزان اندازه ذرات است که روش DLS برای ذراتی بین ۱ نانومتر تا ۱۰ میکرومتر استفاده می شود و از SLS برای اندازه گیری ذرات بزرگ تر از ۱ میکرومتر کاربرد دارد.
پس میتوان اندازه ذرات را با اندازه گیری تغییرات تصادفی در شدت نور پراکنده شده از یک سوسپانسیون یا محلول تعیین کرد که این روش معمولاً به عنوان پراکندگی نور پویا (DLS) شناخته می شود، اما به آن طیف سنجی همبستگی فوتون (PCS) و پراکندگی نور شبه الاستیک (QELS) نیز می گویند. که البته در ادبیات قدیمی تر رایج بود.
کاربردهای آنالیز DLS یا تفرق نور پویا
DLS بیشتر برای تجزیه و تحلیل نانوذرات مانند تعیین اندازه نانو طلا، اندازه پروتئین، اندازه لاتکس و اندازه کلوئید استفاده می شود. به طور کلی این تکنیک برای ذرات زیر میکرون بهترین استفاده را دارد و می توان از آن برای اندازه گیری ذرات با اندازه های کمتر از یک نانومتر استفاده کرد. علاوه برآن از روش DLS برای اهداف دیگری به جز اندازه گیری ذرات استفاده می شود مانند تمایز بین یک مولکول (مانند یک پروتئین یا ماکرومولکول)، یک ذره (مانند نانو طلا) و حتی یک فاز مایع دوم ( مانند امولسیون). همچنین پراکندگی نور پویا می تواند به عنوان یک کاوشگر سیالات پیچیده مانند محلول های غلیظ نیز مورد استفاده قرار گیرد.
باتوجه به آنچه که تاکنون گفته شد، پس میتوان توانایی های آنالیز DLS و SLS را اینگونه بیان کرد:
- بررسی توزیع اندازه، حجم و شدت ذرات
- اندازه گیری توزیع اندازه نانو ذرات با استاندارد INSO16247
- بررسی نتایج با استفاده از روش‌های NNLS ،Pade-Laplace ، CONTIN و Cumulants
- بررسی توزیع اندازه ذرات معدنی، ذرات پودرهای شیمیایی، ذرات سرامیکی، ذرات لعاب و ذرات دوغاب‌ها
- از بین بردن اثر آگلومراسیون در نتایج با روش محاسباتی SBL
نحوه اندازه گیری حرکت ذرات با آنالیز DLS
در این بخش خواهیم گفت اندازه گیری حرکت ذرات چگونه مشخص می شود. در تصویر از نمای بالای زیر تنظیمات نوری برای آنالیز DLS را مشاهده می کنید.
نحوه اندازه گیری به این صورت است که نور ناشی از منبع لیزر، نمونه را در سلول روشن می کند و سیگنال نور پراکنده با یکی از دو آشکارساز در زاویه پراکندگی ۹۰ درجه (زاویه راست) یا ۱۷۳ درجه (زاویه عقب) جمع آوری می شود. وجود هر دو آشکارساز، اجازه انعطاف پذیری بیشتری در انتخاب شرایط اندازه گیری می دهد. همچنین میتوان ذرات را در انواع مایعات پراکنده کرد که فقط ضریب شکست مایع و ویسکوزیته برای تفسیر نتایج اندازه گیری باید شناخته شود.
از روی تغییرات الگوی نقطه‌ای که به صورت کم‌نور شدن و پر‌نور شدن نقاط تیره و روشن است، می‌تواند تغییرات شدت پرتوهای نور متفرق شده توسط ذرات را محاسبه کند که تعیین شدت تفرق پرتوهای نور، به اندازه‌گیری حرکت براونی ذرات منتهی می‌شود. سرعت حرکت براونی ذرات با اندازه آنها در ارتباط است (معادله استوک – انیشتین)، به‌طوری‌که حرکت براونی ذرات بزرگ‌تر، آرام‌تر از حرکت براونی ذرات کوچک‌تر است. پس هر چه ذراتی که مورد آزمایش قرار می‌گیرند بزرگ‌تر باشند، شدت نوسانات و یا تغییرات الگوی نقطه‌ای آنها نیز آرام‌تر است و در نتیجه شیب نمودار نزولی همبستگی در این ذرات در محدوده زمانی مشخص، با شیب کند‌تری سقوط می‌کند.
با استفاده از الگوریتم‌های بدست آمده از نرخ شیب نزولی نمودار همبستگی، این دستگاه می‌تواند توزیع اندازه ذرات مورد آزمایش را بر حسب شدت نور متفرق شده از ذرات ارائه دهد.
“نویز” موجود در نموادر به دلیل حرکت ذرات است که برای استخراج اندازه ذرات استفاده می شود و بر خلاف پراش لیزر، اندازه‌گیری‌های DLS معمولاً در یک زاویه انجام می‌شوند، اگرچه داده‌های به‌دست‌آمده در چندین زاویه می‌توانند مفید باشند.علاوه بر این، تکنیک تفرق نور پویا کاملا غیر تهاجمی است و این یعنی حرکت ذرات ادامه می یابد چه توسط DLS بررسی شود، چه بررسی انجام نشود.
سخن پایانی
آنالیز DLS در واقع رفتار و اندازه ذرات در محیط مایع را بررسی می کند؛ همچنین قطر خوشه هایی که پدیده آگلومره شدن باعث خوشه ای شدن ذرات می شود را اندازه گیری می کند. این هم باید بدانید که اندازه ذرات در روش DLS بزرگ است که مناسب برای نمونه های غیرکروی نخواهد بود.
در نهایت برای تفسیرهای آنالیز DLS از سه روش محاسباتی Pade-Laplace، Cumulant و SBL برای گزارش اندازه ذرات استفاده می شود که در بین آنها SBL جدید ترین روش محاسبه محسوب می شود و به نتایج تصویر برداری SEM و TEM نزدیک است زیرا اثرات اگلومراسیون و شعاع هیدرودینامیک در آن کاهش می یابد.
