Ý nghĩa của các phương pháp xác định kích thước hạt
Hiện nay, nhu cầu nghiên cứu về việc xác định các tính chất của vật liệu có liên quan tới phân bố kích thước hạt ngày càng lớn. Các phương pháp phân tích ngày càng phát triển và đa dạng để đáp ứng nhu cầu trên và có khả năng đo tới kích thước nanomet.
Trong các phương pháp đo, có thể thu được rất nhiều thông tin về hạt trong dung dịch phân tán bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng (Light scattering techniques). Kỹ thuật tán xạ ánh sáng là phép đo chính xác sự phân bố kích thước của các hạt trong sự phân tán. Hai kỹ thuật quan trọng trong kỹ thuật tán xạ ánh sáng là tán xạ ánh sáng tĩnh (SLS) và tán xạ ánh sáng động (DLS).
- SLS đo lường sự phụ thuộc của cường độ tán xạ trung bình vào góc tán xạ. Thông tin cấu trúc về các hạt, bao gồm kích thước, hình dạng và khối lượng mol, có thể thu được bằng SLS.
- DLS đo thời gian tự tương quan của cường độ ánh sáng tán xạ như một hàm của thời gian trễ. Kết quả thu được từ DLS cung cấp thông tin động về các hạt trong sự phân tán bao gồm chuyển động tịnh tiến, quay và chuyển động bên trong.
Phương pháp xác định kích thước hạt SLS
Kỹ thuật tán xạ ánh sáng tĩnh (Static light scattering – SLS) là kỹ thuật xác định kích thước của hạt trong huyền phù thông qua các công thức nhiễu xạ. Phương pháp đo kích thước hạt SLS dựa trên sự hấp thụ và tán xạ ánh sáng do một hạt tương tác với ánh sáng gây ra. Ánh sáng bị tán xạ bởi một hạt có cường độ tuyệt đối q, từ đó thu được kích thước trung bình của một hạt. Mối quan hệ này được mô tả bởi lý thuyết Rayleigh, trong đó nói rằng các hạt lớn hơn sẽ tán xạ nhiều ánh sáng hơn các hạt nhỏ hơn tiếp xúc với một nguồn sáng nhất định. Nói cách khác, cường độ của ánh sáng tán xạ tỉ lệ với trọng lượng và kích thước phân tử hạt.
Phương pháp xác định cỡ hạt bằng SLS được thực hiện bằng cách sử dụng một tia laser đơn sắc cường độ cao trên một mẫu có chứa các hạt được khảo sát. Một hoặc nhiều máy dò được sử dụng để định lượng sự phụ thuộc của cường độ vào góc tán xạ φ. Các phép đo ở nhiều góc độ cung cấp đường cong tán xạ của cường độ như một hàm của φ, cung cấp các giá trị chính xác về cả trọng lượng phân tử và kích thước hạt cho tất cả các hạt tán xạ. SLS cũng thường được sử dụng để thu được kích thước của huyền phù hạt trong phạm vi sub-µm và supra-µm.
Tìm hiểu thêm về phương pháp tán xạ ánh sáng tĩnh tại đây >>>
Phương pháp xác định kích thước hạt DLS
Kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (Dynamic light scattering – DLS) còn được gọi là được gọi là quang phổ tương quan photon (Photon Correlation Spectroscopy – PCS) hoặc tán xạ ánh sáng bán đàn hồi (Quasi-Elastic Light Scattering – QELS) là phương pháp sử dụng trên nguyên tắc tập trung tia laser vào các hạt phân tán trong dung dịch và phân tích ánh sáng tán xạ để xác định sự phân bố kích thước của chúng.
Trong phương pháp đo kích thước hạt DLS, các hạt phân tán trong dung dịch được mô tả chịu chuyển động Brown, chuyển động Brown mô phỏng chuyển động của các hạt trong môi trường lỏng (chất lỏng hoặc khí) và cũng là mô hình toán học mô phỏng các chuyển động tương tự. Sự dao động của tán xạ ánh sáng laze đàn hồi do chuyển động Brown riêng lẻ của hạt trong dung môi có thể được sử dụng để xác định sự phân bố kích thước hạt trong thời gian thực (real time) bằng DLS.
DLS thường sử dụng ánh sáng laser nhìn thấy không xâm lấn tập trung vào dung dịch mẫu, huyền phù, nhũ tương bên trong vật chứa mẫu, thường là cuvet hoặc ống mao dẫn.
Tìm hiểu thêm về phương pháp tán xạ ánh sáng động DLS tại đây >>>
DLS là một phương pháp phân tích phổ biến rộng rãi và có khả năng thích ứng cao, được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống và khoa học vật liệu, cũng như trong các quy trình kiểm soát chất lượng công nghiệp.
Công nghệ nano đã đóng một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực rộng lớn ảnh hưởng đến cuộc sống, bao gồm thực phẩm, mỹ phẩm và khoa học đời sống. Vì vậy việc sử dụng thiết bị phân tích kích thước hạt phù hợp là vô cùng cần thiết.
Tìm hiểu thêm về các ứng dụng nổi bật của các dòng máy phân tích cỡ hạt HORIBA:
Ứng dụng của phân tích kích thước hạt nano trong dược phẩm >>>
Ứng dụng của phân tích kích thước hạt nano trong thực phẩm – đồ uống >>>
Thiết bị phân tích kích thước hạt HORIBA nổi bật
Máy phân tích kích thước hạt tán xạ Laser LA-350 Horiba
Đặc điểm nổi bật:
- Phạm vi đo mẫu rộng
- Kích thước nhỏ gọn
- Phân tích nhanh với độ chính xác cao
- Phần mềm đầy đủ tính năng
- Dễ sử dụng: Với tính năng căn chỉnh tự động, hệ thống siêu âm tích hợp để phân tán mẫu và hệ thống bơm mạnh mẽ, kết hợp với các tính năng tự động hóa của phần mềm, việc phân tích mẫu trên LA-350 cực kỳ dễ dàng và đơn giản.
Tìm hiểu chi tiết thiết bị HORIBA LA-350 tại đây>>>
Máy phân tích kích thước hạt tán xạ Laser LA-960V2 Horiba
Đặc điểm nổi bật:
- Phạm vi đo mẫu rộng: 0.01 μm tới 5000 μm
- Phân tích nhanh với độ chính xác cao
- Phần mềm đầy đủ tính năng
- Tự động căn chỉnh nguồn laser chỉ trong vài giây. Phạm vi góc đo lớn cho độ phân giải tín hiệu tốt nhất.
- Thiết bị tán xạ laser ổn định nhất trên thị trường (độ lặp lại 0,1% dựa trên tiêu chuẩn của NIST).
- Đa nguồn sáng kết hợp ánh sáng đỏ (650 nm) và xanh dương (405 nm) cho khả năng tán xạ tốt.
Tìm hiểu chi tiết thiết bị HORIBA LA-960V2 tại đây>>>
Thiết bị phân tích kích thước hạt nano SZ-100Z2
Thiết bị phân tích SZ-100Z2 tiên tiến đến từ hãng Horiba phân tích ba thông số đặc trưng cho các hạt nano: kích thước hạt, thế zeta và trọng lượng phân tử.
Thông số kỹ thuật:
- Phạm vi đo kích thước hạt: 0,3 nm đến 10 µm
- Đo thế Zeta: – 500 đến + 500 mV
- Trọng lượng phân tử: 1×10^3 đến 2×10^7 Da
Đặc điểm nổi bật:
- Có dải đo nồng độ mẫu rộng, nên việc pha loãng mẫu và các quá trình tiền xử lý khác gần như bị loại bỏ. Việc sử dụng hệ thống quang học kép cho phép đo các mẫu có nồng độ cao như bùn và bột màu mực cũng như các protein và polyme có nồng độ thấp.
- Đo điện thế zeta ngăn ngừa nhiễm bẩn mẫu.
- Phân tích đơn giản bằng các tế bào chuyên dụng có thể tích siêu nhỏ (thể tích nhỏ nhất là 100 μL).
- Điện cực do HORIBA phát triển cho tế bào điện thế zeta được làm từ vật liệu carbon, vật liệu không bị ăn mòn bởi các mẫu muối cao như nước muối.
Nguồn tham khảo
- (2020) Braut, Marthe, Experimental and Numerical Investigation of the Erosive Effects of Micro- and Nanometer-Sized Particles in Water Flow, Faculty of Mathematics and Natural Sciences.
- (2004) Yong Sun, Different Particle Size Information Obtained from Static and Dynamic Laser Light Scattering, Department of Physics.
- (2019) Sven Falke, Christian Betzel, Chapter 6 Dynamic Light Scattering (DLS): Principles, Perspectives, Applications to Biological Samples, Radiation in Bioanalysis (pp.173-193).