Un equipo de investigadores propuso un método rápido y conveniente llamado dispersión dinámica de luz de imágenes polarizadas (PIDLS) que evalúa cuantitativamente el tamaño, la morfología y la distribución de las nanopartículas al mismo tiempo. Se propone una cantidad adimensional, denominada esfericidad óptica, para describir el grado de desviación de las nanopartículas de las esferas. Este método contribuirá en gran medida a la síntesis in situ, el análisis estructura-función y la evaluación de la calidad de las nanopartículas.
El equipo de investigadores chinos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai y Jiaxing MeaParTech Instrument Technology Co., Ltd publicó su trabajo en la revista Particuology. .
El rendimiento de las nanopartículas suele verse influenciado por factores como el tamaño y la forma de las partículas. Tradicionalmente, se emplea microscopía electrónica o microscopía de fuerza atómica para el análisis de morfología y tamaño de nanopartículas. No obstante, este enfoque plantea desafíos como una preparación compleja de muestras, un procesamiento que requiere mucho tiempo y dificultades para lograr una caracterización cuantitativa. Un método rápido, preciso y estadísticamente significativo para medir el tamaño y la morfología de las nanopartículas facilitará la industria relacionada.
A diferencia de los métodos de microscopía electrónica y microscopía de fuerza atómica, el método PIDLS no mide directamente el tamaño y la morfología de las nanopartículas. De hecho, PIDLS puede verse como una combinación del método de dispersión de luz dinámica de imágenes (IDLS) y el método de dispersión de luz polarizada (PLS).
Al iluminar una muestra de nanopartículas con un rayo láser polarizado, una cámara polarizada recibe la luz dispersada y obtiene imágenes dispersas en las direcciones de polarización de 0°, 45°, 90° y 135°. Debido al continuo movimiento browniano aleatorio de las partículas, las posiciones y orientaciones espaciales de las partículas varían constantemente, lo que resulta en fluctuaciones en la intensidad y el estado de polarización de la luz dispersada.
Según la ecuación de Stokes-Einstein, la tasa de fluctuaciones de intensidad en la luz dispersada está relacionada con el tamaño de las partículas y, según la teoría de la dispersión de la luz, el estado de polarización de la luz dispersada está relacionado con la morfología de las partículas. Al calcular la correlación espacial de dos imágenes de dispersión consecutivas en la dirección de polarización de 0°, se puede determinar la tasa de fluctuaciones de intensidad en la luz dispersada y, por tanto, el tamaño de las partículas.
Las mediciones continuas pueden proporcionar múltiples resultados de medición del tamaño de partículas, incluido el valor promedio y el índice de polidispersidad. Al analizar la intensidad de la luz dispersada de cuatro imágenes de polarización en direcciones de polarización de 0°, 45°, 90° y 135° tomadas al mismo tiempo, se puede obtener el grado de polarización lineal (denominado esfericidad óptica en este artículo). , que se puede utilizar para evaluar el grado de aproximación de partículas a una esfera.
Un valor de 1 indica una esfera perfecta, mientras que el valor más pequeño indica una mayor desviación de una esfera. Las mediciones continuas pueden proporcionar la esfericidad óptica de las nanopartículas, obteniendo así una distribución morfológica estadística.
En este estudio, se realizaron mediciones en nanopartículas esféricas, octaédricas, planas, en forma de varilla y filamentosas. Los resultados de tamaño de partícula, morfología y distribuciones obtenidos con el método PIDLS fueron consistentes con los obtenidos con microscopía electrónica, lo que demuestra la efectividad del método propuesto.
El estudio también midió cinco polvos de dióxido de titanio de grado industrial e identificó con éxito las muestras con tamaños de partículas significativamente más grandes, menor esfericidad óptica y mala consistencia tanto en tamaño como en morfología. Esto destaca la posible aplicación del método PIDLS en el control de calidad de nanopolvos.
"Este estudio proporciona una nueva herramienta para evaluar la morfología de las nanopartículas", dijo Xiaoshu Cai, profesor de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Shanghai. El método PIDLS se puede realizar a temperatura ambiente y presión atmosférica en un entorno de fase líquida sin apenas preparación de la muestra. Con su simplicidad y rápida velocidad de medición, el método PIDLS tiene un gran potencial para una aplicación generalizada en la síntesis de nanomateriales en laboratorios, la fabricación de nanopolvos en plantas y muchos otros campos de vanguardia.
"En el siguiente paso, nuestro equipo de investigación validará aún más la universalidad de la esfericidad óptica. Además, planeamos investigar más a fondo la relación entre la morfología de las partículas y los patrones de dispersión de campo lejano basados en la teoría de la dispersión de la polarización, con el objetivo de lograr la clasificación de las partículas. morfología", dijo Cai.
De esta manera, los investigadores podrían ampliar los escenarios de aplicación de PIDLS y mejorar el potencial de aplicaciones prácticas. "Nuestro grupo de investigación se centra constantemente en la medición multiparamétrica y la medición en línea de partículas, y desarrolla continuamente nuevos métodos y dispositivos de medición", afirmó Cai.
Más información: Bingyao Wang et al, Dispersión dinámica de luz de imágenes polarizadas para la medición simultánea del tamaño y la morfología de las nanopartículas, Particuología (2023). DOI:10.1016/j.partic.2023.06.004
Proporcionado por Particuología
