2.4: Динамічне розсіювання світла
- Page ID
- 18731
Динамічне розсіювання світла (DLS), яке також відоме як фотонна кореляційна спектроскопія (PCS) або квазіпружне розсіювання світла (QLS), - це метод спектроскопії, який використовується в галузях хімії, біохімії та фізики для визначення розподілу розмірів частинок (полімери, білки, колоїди та ін.) в розчині або суспензії. В експерименті DLS зазвичай лазер забезпечує монохроматичне падаюче світло, яке потрапляє на розчин з дрібними частинками в броунівському русі. І тоді через процес розсіювання Релея частинки, розміри яких досить малі порівняно з довжиною хвилі падаючого світла, будуть дифрактувати падаюче світло у всіх напрямках з різними довжинами хвиль та інтенсивністю як функція часу. Оскільки схема розсіювання світла сильно корелює з розмірним розподілом аналізованих частинок, інформація про розмір зразка може бути отримана шляхом математичної обробки спектральних характеристик розсіяного світла.
Тут буде продемонстровано короткий вступ до основних теорій DLS, а потім описи та вказівки щодо самого приладу та процесу підготовки та вимірювання зразків. Нарешті, буде показано та узагальнено аналіз даних вимірювання DLS та застосування DLS, а також порівняння з іншими методами визначення розміру.
Теорія DLS
Теорія DLS може бути введена з використанням модельної системи сферичних частинок у розчині. Відповідно до розсіювання Релея (рис.\(\PageIndex{1}\)), коли зразок частинок діаметром менше довжини хвилі падаючого світла, кожна частинка буде дифрактувати падаюче світло у всіх напрямках, тоді як інтенсивність\(I\) визначається\ ref {1}, де\(I_0\) і\(λ\) є інтенсивність і довжина хвилі неполяризованого падаючого світла,\(R\) це відстань до частинки,\(θ\) це ангел розсіювання,\(n\) показник заломлення частинки і\(r\) радіус частинки.
\[ I\ =\ I_{0} \frac{1\ +\cos^{2}\theta}{2R^{2}} \left(\frac{2\pi }{\lambda }\right)^{4}\left(\frac{n^{2}\ -\ 1}{n^{2}\ +\ 2}\right)^{2}r^{6} \label{1} \]
Якщо це дифраговане світло проектується як зображення на екран, воно створить «плямоподібний» візерунок (Рисунок\(\PageIndex{2}\)); темні області представляють області, де дифраговане світло від частинок надходить з фази, що заважає руйнівно, а світла область представляють області, де дифрагований світло надходить у фазу, що заважає конструктивно.
На практиці зразки частинок зазвичай не стаціонарні, а рухаються випадковим чином через зіткнення з молекулами розчинника, як описано броунівським рухом,\ ref {2}, де\(\overline{(\Delta x)^{2}} \) середнє зміщення в квадраті за часом t, а D - константа дифузії, яка пов'язана з гідродинамічний радіус a частинки за рівнянням Стокса-Ейнштейна,\ ref {3}, де k B - постійна Больцмана, T - температура, а μ - в'язкість розчину. Важливо, що для системи, що зазнає броунівський рух, дрібні частинки повинні розсіюватися швидше, ніж великі.
\[ \overline{(\Delta x)^{2}}\ =\ 2\Delta t \label{2} \]
\[D\ =\frac{k_{B}T}{6\pi \mu a} \label{3} \]
В результаті броунівського руху відстань між частинками постійно змінюється, і це призводить до доплерівського зсуву між частотою падаючого світла і частотою розсіяного світла. Оскільки відстань між частинками також впливає на фазове перекриття/втручання дифрагованого світла, яскравість і темрява плям у малюнку «спекл», в свою чергу, коливатимуться за інтенсивністю як функція часу, коли частинки змінюють положення відносно один одного. Тоді, оскільки швидкість цих коливань інтенсивності залежить від того, наскільки швидко рухаються частинки (більш дрібні частинки розсіюються швидше), інформацію про розподіл частинок у розчині за розмірами можна було б отримати шляхом обробки флуктуацій інтенсивності розсіяного світла. \(\PageIndex{3}\)На малюнку показано гіпотетичне коливання інтенсивності розсіювання більших частинок і більш дрібних частинок.
Для того, щоб математично обробити коливання інтенсивності, існує кілька принципів/термінів, які слід розуміти. По-перше, кореляційна функція інтенсивності використовується для опису швидкості зміни інтенсивності розсіювання шляхом порівняння інтенсивності часу з інтенсивністю\(t\) в більш пізній\(I(t)\) час\((t + τ)\), і кількісно визначається і нормалізується за допомогою\ ref {4} і\ ref {5}, де фігурні дужки вказують на усереднення\(I(t + τ)\) над\(t\).
\[ G_{2} ( \tau ) =\ \langle I(t)I(t\ +\ \tau)\rangle \label{4} \]
\[g_{2}(\tau )=\frac{\langle I(t)I(t\ +\ \tau)\rangle}{\langle I(t)\rangle ^{2}} \label{5} \]
По-друге, оскільки неможливо дізнатися, як кожна частинка рухається від флуктуації, замість цього використовується кореляційна функція електричного поля для кореляції руху частинок відносно один одного, і визначається\ ref {6} і\ ref {7}, де E (t) і E (t + τ) є розсіяним електричним поля в рази t і t+ τ.
\[ G_{1}(\tau ) =\ \langle E(t)E(t\ +\ \tau )\rangle \label{6} \]
\[g_{1}(\tau ) = \frac{\langle E(t)E(t\ +\ \tau)\rangle}{\langle E(t) E(t)\rangle} \label{7} \]
Для монодисперсної системи, що зазнає броунівського руху, g 1 (τ) розпадається експоненціально зі швидкістю розпаду γ, яка пов'язана броунівським рухом з дифузійністю на\ ref {8},\ ref {9}, і\ ref {10}, де q - величина вектора хвилі розсіювання та q 2 відображає відстань, по якій проходить частинка, n - показник заломлення розчину і θ - кут, під яким розташований детектор.
\[ g_{1}(\tau )=\ e^{- \Gamma \tau} \label{8} \]
\[ \Gamma \ =\ -Dq^{2} \label{9} \]
\[ q = \frac{4\pi n}{\lambda } \sin\frac{\Theta }{2} \label{10} \]
Однак для полідисперсної системи g 1 (τ) більше не може бути представлений як єдиний експоненціальний розпад і повинен бути представлений як зважений за інтенсивністю інтеграл над розподілом швидкостей розпаду\(G(Γ)\) на\ ref {11}, де G (γ) нормалізується,\ ref {12}.
\[ g_{1}(\tau )= \int ^{\infty}_{0} G(\Gamma )e^{-\Gamma \tau} d\Gamma \label{11} \]
\[ \int ^{\infty}_{0} G(\Gamma ) d\Gamma\ =\ 1 \label{12} \]
По-третє, дві кореляційні функції вище можна прирівняти за допомогою співвідношення Зайгерта, заснованого на принципах гаусових випадкових процесів (якими зазвичай є розсіювальне світло), і можуть бути виражені як\ ref {13}, де β - коефіцієнт, який залежить від експериментальної геометрії, а B - довгий- часове значення g 2 (τ), яке іменується базовою лінією і в нормі дорівнює 1. \(\PageIndex{4}\)На малюнку показано розпад g 2 (τ) для зразка малого розміру і великого розміру зразка.
\[ g_{2}(\tau ) =\ B\ +\ \beta [g_{1}(\tau )]^{2} \label{13} \]
При визначенні розміру частинок в розчині за допомогою DLS, g 2 (τ) розраховується на основі залежної від часу інтенсивності розсіювання і перетворюється через відношення Зайгерта в g 1 (τ), що зазвичай є експоненціальним розпадом або сума експоненціальних розпадів. Швидкість розпаду γ потім математично визначається (буде розглянуто в розділі) з кривої g 1 (τ), а значення константи дифузії D і гідродинамічного радіуса a можна легко обчислити згодом.
Експериментальний
Інструмент DLS
У типовому експерименті DLS світло від лазера проходить через поляризатор, щоб визначити поляризацію падаючого променя, а потім світить на розсіювальному середовищі. Коли розміри аналізованих частинок досить малі порівняно з довжиною хвилі падаючого світла, падаюче світло розсіює у всіх напрямках, відомих як розсіювання Релея. Потім розсіяне світло проходить через аналізатор, який вибирає задану поляризацію і, нарешті, потрапляє в детектор, де положення детектора визначає кут розсіювання θ. Крім того, перетин падаючого променя і променя, перехопленого детектором, визначає область розсіювання об'ємом V. Що стосується детектора, використовуваного в цих експериментах, зазвичай використовується фототрубка, вихід постійного струму якої пропорційний інтенсивності розсіяного світлового променя. \(\PageIndex{5}\)На малюнку зображено схематичне зображення експерименту з розсіювання світла.
У сучасних експериментах DLS також вимірюється спектральний розподіл розсіяного світла. У цих випадках основним детектором є фотомультиплікатор, але системи до- і постфотомультиплікатора відрізняються залежно від зміни частоти розсіяного світла. Три різні методи використовуються: фільтр (f > 1 МГц), гомодин (f > 10 ГГц) та гетеродинні методи (f < 1 МГц), як схематично показано на малюнку\(\PageIndex{6}\). Зверніть увагу, що гомодинні та гетеродинні методи не використовують монохроматора «фільтра» між розсіювальною коміркою та фотомультиплікатором, а методи оптичного змішування використовуються для гетеродинного методу. показано схематичну ілюстрацію різних методів, що використовуються в експериментах з розсіюванням світла.
Що стосується фактичного приладу DLS, візьміть Zetasizer Nano (Malvern Instruments Ltd.) як приклад (рис.\(\PageIndex{7}\)), він насправді виглядає як не що інше, як велика коробка, з компонентами джерела живлення, оптичного блоку (джерела світла та детектора), підключення до комп'ютера, тримач зразка та аксесуари. Детальна процедура використання приладу DLS буде введена пізніше.
Підготовка зразків
Хоча різні прилади DLS можуть мати різні діапазони аналізу, ми зазвичай розглядаємо частинки з діапазоном розмірів від нм до мкм у розчині. Для декількох видів зразків DLS можуть давати результати з досить високою впевненістю, такі як монодисперсні суспензії неагрегованих наночастинок, що мають радіус> 20 нм, або полідисперсні розчини наночастинок або стабільні розчини агрегованих наночастинок, які мають радіус в діапазоні 100 - 300 нм з індекс полідисперсності 0,3 або нижче. Для інших більш складних зразків, таких як розчини, що містять великі агрегати, бімодальні рішення, дуже розбавлені зразки, дуже малі наночастинки, гетерогенні зразки або невідомі зразки, результати, отримані DLS, не можуть бути дійсно надійними, і потрібно знати про сильні та слабкі сторони цього аналітична техніка.
Тоді для процедури підготовки проб одне важливе питання - скільки матеріалів слід подати, або яка оптимальна концентрація розчину. Як правило, виконуючи вимірювання DLS, важливо подати достатню кількість матеріалу, щоб отримати достатній сигнал, але якщо зразок надмірно концентрований, то світло, розсіяний однією частинкою, може бути знову розсіяний іншою (відомий як багаторазове розсіювання), і зробити обробку даних менше точний. Ідеальна подача зразка для аналізу DLS має об'єм 1 - 2 мл і досить концентрована, щоб мати сильні колірні відтінки, або непрозорість/каламутність у випадку білого або чорного зразка. Як варіант, 100 - 200 мкл висококонцентрованого зразка можна розвести до 1 мл або проаналізувати в мікрокюветі невеликого обсягу.
Для того, щоб отримати високоякісні дані DLS, є також інші питання, які слід хвилювати. По-перше, мінімізувати забруднення твердих частинок, оскільки зазвичай забруднювач однієї частинки розсіюється в мільйон разів більше, ніж зважена наночастинка, використовуючи воду або розчинники надвисокої чистоти, інтенсивно промиваючи піпетки та контейнери та герметизуючи зразок щільно. По-друге, фільтрувати зразок через фільтр 0,2 або 0,45 мкм, щоб піти від видимих частинок у розчині зразка. По-третє, щоб уникнути зонда ультразвуком, щоб запобігти частинкам, викинутим з наконечника ультразвукової обробки, і використовувати ванну ультразвуком замість.
Вимірювання
Тепер, коли зразок легко підготовлений і поміщений у тримач зразка приладу, наступним кроком є власне вимірювання DLS. Як правило, прилад DLS буде забезпечений програмним забезпеченням, яке може допомогти вам зробити вимірювання досить легко, але все ж варто зрозуміти важливі параметри, що використовуються під час вимірювання.
По-перше, слід вибрати лазерне джерело світла з відповідною довжиною хвилі. Що стосується серії Zetasizer Nano (Malvern Instruments Ltd.), то доступний або 633 нм «червоний» лазер, або 532 нм «зелений» лазер. Слід мати на увазі, що 633 нм лазер найменше підходить для синіх зразків, тоді як 532 нм лазер найменше підходить для червоних зразків, оскільки в іншому випадку зразок просто поглине велику частину падаючого світла.
Потім для самого вимірювання потрібно вибрати відповідний час стабілізації та час тривалості. Як правило, більш тривалий час смугасті/тривалості може призвести до більш стабільного сигналу з меншими шумами, але також слід враховувати вартість часу. Іншим важливим параметром є температура зразка, оскільки багато приладів DLS оснащені контрольованими температурою тримачами зразків, можна фактично виміряти розподіл даних за розмірами при різній температурі та отримати додаткову інформацію про термічну стабільність аналізованого зразка.
Далі, як використовується при розрахунку розміру частинок за даними розсіювання світла, необхідні також в'язкість і показник заломлення розчину. Зазвичай для розчинів з низькою концентрацією в якості наближення можна використовувати в'язкість і показник заломлення розчинника/води.
Нарешті, щоб отримати дані з кращою надійністю, вимірювання DLS на одному і тому ж зразку зазвичай проводиться кілька разів, що може допомогти усунути несподівані результати, а також забезпечити додаткову панель помилок даних розподілу розмірів.
Аналіз даних
Хоча дані про розподіл розмірів можуть бути легко отримані з програмного забезпечення приладу DLS, все ж варто знати про деталі процесу аналізу даних.
Кумулянтний метод
Як згадувалося в частині теорії вище, швидкість розпаду γ математично визначається з кривої g 1 (τ); якщо розчин зразка є монодисперсним, g 1 (τ) можна розглядати як єдину експоненціальну функцію розпаду e - γ τ, а швидкість розпаду γ можна, в свою чергу, легко розрахувати. Однак в більшості практичних випадків розчин зразка завжди полідисперсний, g 1 (τ) буде сумою багатьох одиничних експоненціальних функцій розпаду з різною швидкістю розпаду, і тоді стає значно складніше вести процес примірки.
Однак існує кілька методів, розроблених для вирішення цієї математичної проблеми: лінійне пристосування та кумулянтне розширення для мономодального розподілу, експоненціальна вибірка та регуляризація CONTIN для немономодального розподілу. Серед усіх цих підходів кумулянтне розширення є найбільш поширеним методом і буде детально проілюстровано в цьому розділі.
Як правило, метод кумулянтного розширення заснований на двох співвідношеннях: один між g 1 (τ) та моментогенеруючою функцією розподілу, а один між логарифмом g 1 (τ) та кумулянтно-генеруючою функцією дистрибутив.
Почнемо з того, що форма g 1 (τ) еквівалентна визначенню моментоутворюючої функції M (- τ, γ) розподілу G (γ),\ ref {14}.
\[ g_{1}(\tau ) =\ \int _{0}^{\infty} G(\Gamma )e^{- \Gamma \tau} d\Gamma \ =\ M(-\tau ,\Gamma) \label{14} \]
m -й момент розподілу\(mm(Γ)\) задається m -й похідною M (- τ, γ) по відношенню до τ,\ ref {15}.
\[ m_{m}(\Gamma )=\ \int ^{\infty}_{0} G(\Gamma )\Gamma^{m} e^{-\Gamma \tau} d\Gamma \mid_{- \tau = 0} \label{15} \]
Аналогічно логарифм g 1 (τ) еквівалентний визначенню кумулянтно-генеруючої функції K (- τ, γ), EQ, а m -й кумулянт розподілу k m (γ) задається m th похідна K (- τ, γ) по відношенню до τ,\ ref {16} і\ ref {17}.
\[ ln\ g_{1}(\tau )= ln\ M(-\tau ,\Gamma)\ =\ K(-\tau , \Gamma) \label{16} \]
\[ k_{m}(\Gamma )=\frac{d^{m}K(-\tau , \Gamma )}{d(-\tau )^{m} } \mid_{-\tau = 0} \label{17} \]
Використовуючи те, що кумулянти, крім першого, є інваріантними при зміні походження, k m (γ) можна переписати в терміні моментів про середнє як\ ref {18},\ ref {19},\ ref {20}, і\ ref {21}, де тут μ m - моменти про середнє, визначені як наведено у\ ref {22}.
\[ \begin{align} k_{1}(\tau ) &=\ \int _{0}^{\infty} G(\Gamma )\Gamma d\Gamma = \bar{\Gamma } \label{18} \\[4pt] k_{2}(\tau ) &=\ \mu _{2} \label{19} \\[4pt] k_{3}(\tau ) &=\ \mu _{3} \label{20} \\[4pt] k_{4}(\tau ) &=\ \mu _{4} - 3\mu ^{2}_{2} \cdots \label{21} \end{align} \]
\[ \mu_{m}\ =\ \int _{0}^{\infty} G(\Gamma )(\Gamma \ -\ \bar{\Gamma})^{m} d\Gamma \label{22} \]
Виходячи з розширення Тейлора K (- τ, γ) близько τ = 0, логарифм g 1 (τ) задається як\ ref {23}.
\[ ln\ g_{1}(\tau )=\ K(-\tau , \Gamma )=\ -\bar{\Gamma} \tau \ +\frac{k_{2}}{2!}\tau ^{2}\ -\frac{k_{3}}{3!}\tau^{3}\ +\frac{k_{4}}{4!}\tau^{4} \cdots \label{23} \]
Важливо, якщо озирнутися назад на зв'язок Зайгерта в логарифмічному вигляді,\ ref {24}.
\[ ln(g_{2}(\tau )-B)=ln\beta \ +\ 2ln\ g_{1}(\tau ) \label{24} \]
Виміряні дані g 2 (τ) можуть бути оснащені параметрами k m за допомогою співвідношення\ ref {25}, де\(\bar{\Gamma }\) (k 1), k 2 та k 3 описує середній, дисперсійний і перекос (або асиметрія) швидкостей розпаду розподілу, а індекс полідисперсності\(\gamma \ =\ \frac{k_{2}}{\bar{\Gamma}^{2}} \) використовується для позначення ширини розподілу. А параметри, що перевищують k 3, рідко використовуються для запобігання переоснащення даних. Нарешті, розподіл розмірів можна легко обчислити за розподілом швидкості розпаду, як описано в розділі теорії раніше. \(\PageIndex{6}\)На малюнку наведено приклад підгонки даних за допомогою методу кумулянта.
\[ ln(g_{2}(\tau )-B)=] ln\beta \ +\ 2(-\bar{\Gamma} \tau \ +\frac{k_{2}}{2!}\tau^{2}\ -\frac{k_{3}}{3!}\tau^{3} \cdots ) \label{25} \]
Однак, використовуючи метод кумулянтного розширення, слід пам'ятати, що він підходить лише для мономодальних розподілів (розподіл, подібний до Гаусса, орієнтований на середнє значення), а для немономодальних розподілів замість цього слід застосовувати інші методи, такі як експоненціальна вибірка та регуляризація CONTIN.
Три індексу розподілу розмірів
Тепер, коли розподіл розмірів можна отримати за даними коливань розсіяного світла за допомогою кумулянтного розширення або інших методів, варто зрозуміти три види індексу розподілу, які зазвичай використовуються в аналізі розмірів: чисельний зважений розподіл, об'ємний зважений розподіл та інтенсивність зважений розподіл.
Перш за все, виходячи з усіх теорій, розглянутих вище, повинно бути зрозуміло, що розподіл розмірів, заданий експериментами DLS, є зваженим розподілом інтенсивності, оскільки це завжди інтенсивність розсіяння, яка аналізується. Отже, для зваженого розподілу інтенсивності внесок кожної частинки пов'язаний з інтенсивністю світла, розсіяного цією частинкою. Наприклад, використовуючи наближення Релея, відносний внесок для дуже дрібних частинок буде пропорційний 6.
Для зважених чисел розподілу, наведеного аналізом зображень як приклад, кожна частинка отримує рівне зважування незалежно від її розміру, що означає пропорційне 0. Цей показник є найбільш корисним там, де важлива абсолютна кількість частинок або там, де потрібна висока роздільна здатність (частка за частинкою).
Для об'ємного зваженого розподілу, наведеного лазерною дифракцією як приклад, внесок кожної частинки пов'язаний з об'ємом цієї частинки, який пропорційний 3. Це часто надзвичайно корисно з комерційної точки зору, оскільки розподіл представляє склад вибірки з точки зору його обсягу/маси, а отже, і його потенційної грошової вартості.
Порівнюючи дані про розмір частинок для одного і того ж зразка, представленого з використанням різного індексу розподілу, важливо знати, що результати можуть сильно відрізнятися від зважених чисел розподілу до зважених розподілів інтенсивності. Це наочно проілюстровано на прикладі нижче (рис.\(\PageIndex{9}\)), для зразка, що складається з рівних чисел частинок діаметрами 5 нм і 50 нм. Числовий зважений розподіл дає однакове зважування для обох типів частинок, підкреслюючи наявність більш дрібних частинок 5 нм, тоді як інтенсивність зваженого розподілу має сигнал в мільйон разів вище для більш грубих частинок 50 нм. Обсяг зважений розподіл є проміжним між ними.
Крім того, виходячи з різних порядків кореляції між внеском частинок та розміром частинок a, можна перетворити дані про розмір частинок з одного типу розподілу в інший тип розподілу, і саме тому програмне забезпечення DLS також може надавати розподіли розмірів в три різні форми (кількість, обсяг і інтенсивність), де перші два види фактично віднімаються з необроблених даних інтенсивності зваженого розподілу.
Приклад заяви
Оскільки метод DLS може бути використаний у багатьох областях щодо розподілу розмірів, таких як полімери, білки, наночастинки металів або вуглецеві наноматеріали, тут наводиться приклад застосування DLS в контрольованому розміром синтезі монодисперсних наночастинок золота.
Розміри і розмірний розподіл частинок золота контролюються тонкими варіаціями структури полімеру, який використовується для стабілізації наночастинок золота під час реакції. Ці варіації включають тип мономера, молекулярну масу полімеру, гідрофобність кінцевої групи, дентичність кінцевої групи та концентрацію полімеру; на основі цих варіацій було проведено загальну кількість 88 різних випробувань. Використовуючи метод DLS, автори можуть досить легко визначити розподіл частинок золота за розмірами для всіх цих випробувань, а кореляція між структурою полімеру та розміром частинок також може бути побудована без подальшої обробки даних. Хоча в цій роботі також використовуються інші методи визначення розмірів, такі як УФ-спектроскопія та ТЕМ, саме вимірювання DLS забезпечує набагато простіший та надійний підхід до аналізу розподілу розмірів.
Порівняння з ТЕМ і АФМ
Оскільки DLS не є єдиним методом, доступним для визначення розподілу частинок за розмірами, необхідно також порівнювати DLS з іншими поширеними загальними методами калібрування, особливо TEM та AFM.
Перш за все, слід чітко пояснити, що і ТЕМ, і АСМ вимірюють частинки, які осідають на підкладці (сітка Cu для ТЕМ, слюда для AFM), тоді як DLS вимірює частинки, які диспергуються в розчині. Таким чином DLS буде вимірювати об'ємні фазові властивості і давати більш вичерпну інформацію про розподіл зразка за розмірами. А для AFM або TEM дуже часто аналізується відносно невелика площа відбору проб, і розподіл розмірів на ділянці відбору проб може бути не таким, як розподіл розмірів вихідного зразка залежно від того, як частинки осідають.
З іншого боку, однак, для DLS процес обчислення сильно залежить від математичних та фізичних припущень та моделей, тобто мономодального розподілу (кумулянтний метод) та сферичної форми для частинок, результати можуть бути неточними при аналізі немономодальних розподілів або не- сферичні частинки. Тим не менш, оскільки процес визначення розміру для AFM або TEM - це не що інше, як вимірювання розміру з зображення, а потім використання статистики, ці два методи можуть забезпечити набагато більш достовірні дані при роботі з «нерегулярними» зразками.
Ще одне важливе питання, яке слід враховувати, - це вартість часу та ускладнення вимірювання розміру. Взагалі кажучи, вимірювання DLS повинно бути набагато простішою технікою, яка вимагає менше часу роботи, а також дешевшого обладнання. І це може бути дуже клопітно аналізувати дані розподілу розмірів, що виходять із зображень TEM або AFM без спеціально запрограмованого програмного забезпечення.
Крім того, є деякі особливі питання, які слід враховувати при виборі методів аналізу розмірів. Наприклад, якщо початковий зразок вже знаходиться на підкладці (синтезованої методом ССЗ), або частинки не змогли стабільно диспергуватися всередині розчину, очевидно, метод DLS не підходить. Крім того, коли частинки, як правило, мають подібний контраст зображення проти підкладки (вуглецеві наноматеріали на сітці TEM) або, як правило, самостійно збираються та агрегуються на поверхні підкладки, підхід DLS може бути кращим вибором.
Однак у загальній дослідницькій роботі найкращий спосіб зробити аналіз розподілу розмірів - об'єднати ці методи аналізу та отримати безкоштовну інформацію з різних аспектів. Слід пам'ятати одне, оскільки DLS фактично вимірює гідродинамічний радіус частинок, розмір вимірювання DLS завжди більший за розмір вимірювання AFM або TEM. Як висновок, порівняння DLS і AFM/TEM наведено в табл\(\PageIndex{1}\).
| DLS | АМ/ТЕМ | |
|---|---|---|
| Підготовка зразків | Рішення | Субстрат |
| Вимірювання | Легко | Складний |
| Відбір проб | Насипний | Невелика площа |
| Форма частинок | Сфера | Немає вимог |
| полідисперсність | Низький | Немає вимог |
| Діапазон розмірів | нм щоб гм | нм щоб гм |
| Інформація про розмір. | Гідродинамічний радіус | Фізичний розмір |
Висновок
Загалом, спираючись на коливальне розсіювання Релея дрібних частинок, які випадково рухаються у розчині, DLS є дуже корисною та швидкою технікою, яка використовується у розподілі розмірів частинок у сферах фізики, хімії та біохімії, особливо для мономодально дисперсних сферичних частинок, і поєднуючи з іншими методами, такими як AFM та TEM, можна легко придбати всебічне розуміння розподілу аналіту за розмірами.