Grundprinzipien der Dynamischen Lichtstreuung

Die dynamische Lichtstreuung (DLS), auch Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS) oder quasi-elastische Lichtstreuung (QELS) genannt, ist ein sehr wichtiges Werkzeug in der Materialcharakterisierung. DLS-Instrumente können zuverlässige Informationen über verschiedene biologische, chemische und mechanische Eigenschaften von Nanopartikelsuspensionen bestimmen.

Die DLS wird zur Bestimmung der Partikelgröße verwendet und bietet auch Einblicke in die Kurz- und Langzeitstabilität von Emulsionen, Polymerformulierungen, Nanopartikeln in Suspension und anderen kolloidalen Systemen. Aus diesen Gründen ist die DLS zu einer Grundmethode für analytische Testlabore weltweit geworden.

Bei der Anwendung der dynamischen Lichtstreuungsanalyse zur Messung der Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung (engl. pore size distribution (PSD)) arbeitet die Particle Testing Authority mit der ISO-Norm 22412:2017. Diese Spezifikation bezieht sich auf Partikel mit dispergierter Phase und Emulsionen mit Abmessungen im Nanometerbereich (nm).

In diesem Blog-Beitrag werden wir die Grundprinzipien der dynamischen Lichtstreuung eingehender untersuchen.

Dynamische Lichtstreuung: Brownsche Bewegung verstehen

Bevor wir die Funktionsweise der DLS-Instrumente skizzieren, ist es hilfreich sich das Prinzip der Brownschen Bewegung zu vergegenwärtigen, das für die Arbeitsprinzipien der dynamischen Lichtstreuung grundlegend ist. Wenn Partikel so klein sind, dass sie sich nicht aufgrund der Schwerkraft in einer Flüssigkeit absetzen (Sedimentation), sondern in der Flüssigkeit in der Schwebe bleiben, bewegen sich diese aufgrund von Wärme unregelmäßig.

Die Brownsche Bewegung ist definiert als die zufällige Bewegung von in einer Flüssigkeit dispergierten Teilchen, die aus kontinuierlichen Kollisionen mit den Molekülen dieser Flüssigkeit resultiert. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Partikel in der Brownschen Bewegung wird durch die Viskosität der Flüssigkeit und die Größe der Partikel beeinflusst. Im Verhältnis zur Größe der Flüssigkeitsmoleküle bewegen sich die größeren Partikel langsamer, während sich die kleineren Partikel schneller bewegen.

Da die Größe einer der Einflussfaktoren der Brownschen Bewegung ist, können Forscher den Betrag der Brownschen Bewegung mit der Größe der Partikel korrelieren, indem sie den Diffusionskoeffizienten berechnen, wenn Temperatur und Viskosität mit Hilfe der Stokes-Einstein-Gleichung konstant gehalten werden.

Wie wird die Messung der dynamischen Lichtstreuung durchgeführt?

Das Wort “dynamisch” bezieht sich auf “eine ständige Veränderung”. Mit “dynamisch” wird hier die ständige Veränderung des Streulichts an den Teilchen bezeichnet. Diese Änderungen des Streulichts wird durch die Brownsche Bewegung verursacht.

Wenn sich die Partikel in der Brownschen Bewegung befinden, interagiert das Licht einer kohärenten Laserquelle mit den Partikeln und die daraus resultierende Streuung wird verwendet, um Lichtschwankungen über eine Zeitspanne im Mikrosekundenbereich (ms) zu detektieren. Die kleineren, sich schnell bewegenden Partikel verursachen schnelle Fluktuationen im Streulicht, während die größeren, sich langsamer bewegenden Partikel eine moderatere Fluktuation des Streulichts über die Zeit verursachen. Diese Lichtfluktuationen werden von einer Software verarbeitet, um eine Korrelationsfunktion zu bestimmen. Aus der Korrelationsfunktion kann dann der Diffusionskoeffizient der suspendierten Partikel berechnet werden.

Diese Metriken können bei einem breiten Spektrum von Messgrößen eingesetzt werden, aber die häufigste Anwendung der dynamischen Lichtstreuung ist die Partikelgröße. Durch die Bestimmung der Korrelationsfunktion von Partikeln über die Zeit können DLS-Instrumente genaue Einblicke in destabilisierende Phänomene in situ liefern. Wenn beispielsweise die Messwerte der Partikelgröße mit der Zeit zunehmen, kann dies ein Hinweis auf ausflockende oder aggregierende Partikel sein. In Kombination mit dem Zetapotenzial wird diese Technik zu einem leistungsstarken Werkzeug zur Optimierung von Formulierungen flüssiger Suspensionen und hilft bei der Bestimmung der Haltbarkeit dieser Suspensionen.

Dynamische Lichtstreuungsanalyse bei der Particle Testing Authority

Bei der Particle Testing Authority verstehen wir die Bedeutung der Prüfung von Proben gemäß den relevanten Zulassungs- und Aufsichtsbehörden. Unser Team von erfahrenen Wissenschaftlern ist mit den aktuellen Spezifikationen für analytische Testanwendungen vertraut. Wir können Sie bei der dynamischen Lichtstreuungsanalyse gemäß den ISO-Vorgaben unterstützen, um die Einhaltung der Vorschriften während des gesamten Entwicklungs- und Herstellungszyklus sicherzustellen.

Wenn Sie weitere Informationen wünschen, kontaktieren Sie noch heute an ein Mitglied des Teams der Particle Testing Authority.

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