Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Монодисперсные растворы латексных наночастиц в воде
Корреляционные функции бимодальных растворов наночастиц
Бимодальное распределение частиц по размерам. Метод DLS, наночастицы 32,5 нм и 135 нм.

Разрешающая способность DLS

Ключевые слова:  DLS, анализатор размера наночастиц, динамическое рассеяние света, наночастицы, периодика, распределение частиц по размерам

Автор(ы): Курьяков Владимир

Опубликовал(а):  Курьяков Владимир

26 марта 2013

На монодисперсных образцах латексных наночастиц проведены исследования, показывающие возможности метода Dynamic Light Scattering (DLS). На примере трех растворов наночастиц с известными размерами показан предел чувствительности метода по отношению к возможности разделения двух мод.

Для исследований были приготовлены растворы латексных наночастиц в воде с радиусами 32,5 нм, 70 нм и 135 нм. Концентрации подобраны таким образом, чтобы интенсивность рассеяния под углом 90 градусов была у всех образцов приблизительно одинаковой и обеспечивалась возможность получать хорошо воспроизводимые результаты за время измерения порядка одной минуты. Результаты измерения корреляционной функции и распределения частиц по размерам методом DLS на каждом из образцов до смешивания приведены ниже.

DLS распределение частиц по размерам и корреляционные функции

Результаты измерений следующие: R=34 нм, интенсивность 143 кГц; R=68 нм, интенсивность 136 кГц; R=133 нм, интенсивность 137 кГц.

Образцы смешивались друг с другом титрованием. В раствор, содержащий только один сорт частиц, пошагово добавляли раствор, содержащий другой тип частиц. После каждого добавления очередной порции измерялась корреляционная функция (КФ) интенсивности рассеянного света. Таким образом, были определены концентрации, при которых метод DLS начинает «чувствовать» наличие второй моды в распределении частиц по размерам. Из результатов обработки КФ можно получить информацию о связи концентрации каждой из мод и их вклад в полезный сигнал (в рассеяние).

Для приготовления растворов использовалась вода для инъекций «Новосибхимфарм». Исходные латексы имели весовую концентрацию 7,4 % для R=135 нм, 5,8 % для R=70 нм и 5,2 % для R=32,5 нм. Для получения одинаковых интенсивностей рассеяния на исследуемых образцах были приготовлены следующие концентрации: для R=32,5 нм C32.5=6.5 10-5, для R=70 нм C70=3,8 10-6, для R=135 нм C135=2 10-6. Есть вероятность, что исходные концентрации не соответствуют действительности, т.к. образцы латексов достаточно старые и могли «испортиться».

Смесь наночастиц с радиусами 32,5 нм и 135 нм

В образец R=135 нм добавляли раствор R=32.5 нм. Измеряемые методом DLS размеры в зависимости от концентрации образца R=32.5 нм представлены на графике.

Бимодальное распределение наночастиц R=32.5 nm и R=135 nm

Из графика видно, что для исследуемых образцов метод DLS «чувствует» вторую моду уже при концентрациях около 5% и измеряемые при этом размеры хорошо согласуются с паспортными данными этих частиц.

На рисунке ниже представлены корреляционные функции данного эксперимента.

корреляционные функции бимодального распределения DLS

Смесь наночастиц с радиусами 70 нм и 135 нм в воде

Аналогичный эксперимент проведен с частицами R=70 нм и R=135 нм. В образец с частицами 70 нм титрованием добавлялся образец с частицами 135 нм. Измеряемые методом DLS размеры в зависимости от концентрации образца R=135 нм представлены на графике.

мономодальное распределение частиц по размерам

Из графика видно, что на данном образце не удалось «расцепить» две моды. При концентрациях образца с частицами 135 нм выше 18 % методом DLS стал фиксироваться средний размер около 85 нм. При концентрациях ниже 18 % измерялся один размер 70 нм.

Ниже представлены корреляционные функции, полученные в ходе данного эксперимента.

корреляционные функции

Можно сказать, что на исследованных модельных образцах методом DLS удается разделить две моды в корреляционной функции при условии, что радиусы наночастиц этих мод отличаются более чем в 4 раза. Метод DLS, в рамках поставленного эксперимента, позволил разрешить две моды R=32.5 нм и R=135 нм при концентрации одной из мод порядка 5%. В образце содержащим наночастицы R=135 нм и R=70 нм не удалось измерить две моды. В данной смеси наночастиц определена концентрация одной из мод, при которой метод DLS определяет средний размер уже с учетом двух типов наночастиц. Измеряемый при этом средний размер приблизительно равен среднему арифметическому значению радиусов наночастиц.



Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 


Комментарии
Курьяков Владимир, 27 марта 2013 10:05 
Производители оборудования DLS утверждают, что данным методом можно разрешить две моды в корреляционной функции (два сорта частиц в образце) при условии, что они отличаются в три раза.
Коваленко Артём, 28 марта 2013 02:14 
Здравствуйте,
скажите, какое было время набора спектров и какой алгоритм восстановления распределения по размеру вы использовали?
Волков Иван Леонидович, 30 марта 2013 13:27 
Добрый день!
Проценты приведены по отношению к массовой доле частиц или к их количеству (концентрации в штуках)?
Трусов Л. А., 02 апреля 2013 15:57 
Здравствуйте,
скажите, пожалуйста, каковы возможности метода для исследования несферических частиц, например, пластинчатых?
Коваленко Артём, 04 апреля 2013 01:44 
Лев, для несферических частиц полученное значение гидродинамического радиуса определяется не только радиусом частиц, но и их форм-фактором, см. ссылки в http://www.n...pmc1303685/
Трусов Л. А., 04 апреля 2013 14:47 
ну, это логично. хочется конкретики от специалиста без самостоятельного изучения большого количества мутной литературы
Курьяков Владимир, 09 апреля 2013 19:00 
"скажите, какое было время набора спектров и какой алгоритм восстановления распределения по размеру вы использовали?"
Для всех измерений время накопления корреляционных функций было около одной минуты. Для обработки КФ использовалась программа DynaLS обработка Distribution analysis.

"Проценты приведены по отношению к массовой доле частиц или к их количеству (концентрации в штуках)?"
Концентрации латекса в исходных растворах - весовые.
Концентрации растворов латексов при смешивании - весовые.

"скажите, пожалуйста, каковы возможности метода для исследования несферических частиц, например, пластинчатых? "
Сложно будет однозначно интерпретировать полученные результаты.
Коваленко Артём, 10 апреля 2013 01:26 
Спасибо!
А можно, если Вам не трудно, построить корреляционную функцию для смеси двух частиц в логарифмической шкале по y, чтобы видно было, где программа обрезает фит компоненты с большим временем релаксации. И совсем уж для любопытства, что получится, если построить в стандартных для "cumulant fit" координатах g1-t^2 ?
Курьяков Владимир, 16 апреля 2013 17:41 
Вот, как выглядит КФ смеси 1 к 1 растворов наночастиц латекса 32,5 и 135 нм радиус из статьи в двойном логарифмическом масштабе.
Моды 0,397 и 1,493 миллисекунды.
Синяя линяя - результат фита.
Что значит в "стандартных" координатах для cumulant fit?
Коваленко Артём, 20 апреля 2013 20:35 
Понятно, спасибо, фон всё-таки высоковат. Смотрите, что я имел в виду насчет cumulant fit:
в этом алгоритме вы рассматриваете отклонения распределения по временам релаксации он монодисперсного как малые, и можете разложить логарифм g1 в ряд по времени, и коэффициентами являются m-ые производные (как и должно быть в ряде Тейлора). Формулы здесь, если хотите: http://www.s...mulants.pdf
Эти производные (от функциональных интегралов по распределению частиц) дают средний размер (1-я производная), полидисперсность (2-я) и ассиметрию распределения (3-я). Если забыть про ассиметрию, то зависимость ln(g1) от t (в линейной шкале вблизи от среднего времени!) должна быть квадратичной. В Вашем случае меня интересовало, видны ли в этих координатах два времени, правда я написал t^2, а можно и в t сначала посмотреть.
Distribution, или CONTIN алгоритм фита принципиально отличается, и он ненагляден, к сожалению. И он тоже где-то "обрезает" распределение, считая остальное фоновой линией, что часто приводит к замечательным артефактным "пикам" на разных зетасайзерах около 3-5 микрон :)
Простите, что много букв понаписал.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Клетки пекарских дрожжей, покрытые полиэлектролитами и золотыми наночастицами
Клетки пекарских дрожжей, покрытые полиэлектролитами и золотыми наночастицами

MAPPIC 2019. Первый день
14 октября 2019 года успешно открылась I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

В Москве начинается MAPPIC - 2019
14-15 октября 2019 года состоится I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019)

РИА Новости: Нобелевскую премию по химии присудили за разработку литий-ионных батарей
РИА Новости: Джон Гуденаф, Стенли Уиттингхем и Акира Йошино стали лауреатами Нобелевской премии в области химии за 2019 год за разработку литий-ионных батарей.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.