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.
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.
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.
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.
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.
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.
