Analiza distribuţiei dimensionale si mărimii nano- si micro-particulelor prin tehnici de difracţie si difuzie laser. Metode şi aplicaţii Loredana Elena.

Slides:



Advertisements
Παρόμοιες παρουσιάσεις
Biostatistică aplicată în sănătatea publică
Advertisements

Statistica analitica.
COMPUNEREA VECTORILOR
Proiect Titlu: Aplicatii ale determinanatilor in geometrie
Fenesan Raluca Cls. : A VII-a A
Ce este un vector ? Un vector este un segment de dreapta orientat
Functia de transfer Fourier Sisteme si semnale
4.1 Ce sunt reţelele complexe? 4.2 Tipuri de reţele complexe
2013 Rezidentiat ORTODONTIE an 1 Modul: Biostatistică Conf. univ. dr
LB. gr.: Φιλο-σοφία Philo-sophia Iubirea-de-înțelepciune
MASURAREA TEMPERATURII
Biostatistică aplicată în sănătatea publică
Student: Marius Butuc Proiect I.A.C. pentru elevi, clasa a XI-a
Interferenta si difractia luminii
Sistemul informaţional economic – sistem cibernetic
ANALIZA RETELELOR SOCIALE
Curs 21 Pirometrie optica.
MASURAREA TEMPERATURII
Corpuri geometrice – arii şi volume
UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIŞOARA
Prof.Elena Răducanu,Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
MĂSURAREA ŞI ANALIZA VIBRAŢIILOR STRUCTURILOR
Anul I - Biologie Titular curs: Conf. dr. Zoiţa BERINDE
Teorema lui Noether (1918) Simetrie Conservare
INSTRUMENTATIE DE BORD PENTRU AUTOVEHICULE
Rata Daunei - o alta perspectiva -
4. Carbonizarea la 1500 oC in atmosfera inerta
MĂSURAREA ŞI ANALIZA VIBRAŢIILOR STRUCTURILOR
4. TRANSFORMARI DE IMAGINI 4.1. Introducere
Sarcina electrică.
TRANSFORMATA FOURIER (INTEGRALA FOURIER).
MATERIALE SEMICONDUCTOARE
Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Microtehnologie (IMT- Bucuresti) MICROSISTEME INTEGRATE DE TIP RF MEMS REALIZATE PE SILICIU,
Metode experimentale de studiu a suprafeţelor si interfeţelor
Curs 9 Materiale optice.
MECANICA este o ramură a fizicii care studiază
G. Gazul ideal G.1. Mărimi ce caracterizează structura materiei
,dar totusi suntem diferite?
COMPUNEREA VECTORILOR
TEOREMA LUI PITAGORA, teorema catetei si teorema inaltimii
Difuzia luminii reprezinta fenomenul de imprastiere a luminii datorat neomogenitatilor mediului - indiferent dacă este vorba de un mediu gazos, lichid.
I. Electroforeza şi aplicaţiile sale pentru diagnostic
TRANSFORMARILE SIMPLE ALE GAZULUI
H. Hidrostatica H.1. Densitatea. Unități de măsură
PROPRIETATI ALE FLUIDELOR
UNDE ELECTROMAGNETICE
EFECTE ELECTRONICE IN MOLECULELE COMPUSILOR ORGANICI
Exemple de probleme rezolvate pentru cursul 09 DEEA
Parametrii de repartiţie “s” (scattering parameters)
MATERIALE SEMICONDUCTOARE
Sarcina electrică.
In sistemele clasice, fara convertoare de putere se datoreaza:
Lentile.
Lucrarea 3 – Indici ecometrici
Curs 6 Sef Luc Dr. Petru A. COTFAS
Reflexia şi refracţia undelor mecanice
Curs 1 Sef Luc Dr. Petru A. COTFAS
Miscarea ondulatorie (Unde)
Serban Dana-Maria Grupa: 113B
Familia CMOS Avantaje asupra tehnologiei bipolare:
Aplicatie SL.Dr.ing. Iacob Liviu Scurtu
Aplicatii ale interferentei si difractiei luminii
Reprezentarea fractala a aerogelului de TiO2
Aplicaţiile Efectului Joule
FIZICA, CLASA a VII-a Prof. GRAMA ADRIANA
CUPLOARE.
Oferta Determinanţii principali ai ofertei Elasticitatea ofertei
Teoria ciocnirilor si a imprastierii particulelor
APLICAŢII ALE FUNCŢIILOR TRIGONOMETRICE ÎN ELECTROTEHNICĂ CURENTUL ALTERNATIV Mariş Claudia – XI A Negrea Cristian – XI A.
Μεταγράφημα παρουσίασης:

Analiza distribuţiei dimensionale si mărimii nano- si micro-particulelor prin tehnici de difracţie si difuzie laser. Metode şi aplicaţii Loredana Elena Niţă

Laborator LAMINAST ACREDITAT CONFORM  SR EN ISO/CEI 17025: 2005 CERTIFICAT   LI 708/06.10.2008 Mastersizer 2000 efectuează analize de determinarea dimensiunii particulelor folosind tehnica de difracţie laser. Se analizează cu acurateţe şi nedistructiv particule în dispersie apoasă într-un domeniu larg de dimensiuni de la 0,02 µm la 2000 µm. Zetasizer Nano ZS estimează, utilizând tehnica difuziei laser, o combinare de trei parametri importanţi: dimensiunea particulei (0,6 nm – 6 µm), potenţialul zeta (pentru particule în domeniul de dimensiuni între 3 nm – 10 µm) şi masa moleculară (1000 – 2 x 107 Da).

MASTERSIZER 2000 Unitate optica Unitate de dispersie Calculator

Principiu de masură Difracţia laser: se măsoară intensitatea luminii difractată de particule sub diverse unghiuri. Legităţi descrise cu teoria Lorenz-Mie. Principiu de bază... O singură formă geometrică poate fi descrisă printr-un singur număr şi aceasta este forma sferică. Sfera echivalentă

Teoria Mie permite: calculul riguros al distribuţiei mărimii particulelor din date de difracţie laser; predicţia mărimii tuturor particulelor, mici sau mari, transparente sau opace cu următoarele aproximări: - Particulele ce urmează a fi măsurate sunt sferice. - Suspensia de particule este diluată. - Proprietăţile optice ale particulelor şi ale mediului înconjurător sunt cunoscute. - Particulele sunt omogene

Distribuţia fundamentală derivată prin această tehnică este una bazată pe volum. Dacă de ex. din rezultate reiese că 11% din distribuţie este în banda 6,97 – 7,75 microni, aceasta înseamnă că volumul particulelor având diametrele în această bandă reprezintă 11% din volumul total al particulelor acoperite de distribuţia respectivă. % Volum D[v,0.5] – diametrul median (MDM) pentru care 50% din proba este dedesupt şi 50% este deasupra acestei valori. Alţi parametrii utili: D[v,0.1] şi D[v,0.9].

  Aplicaţii - măsurarea dimensiunii particulelor în suspensie, emulsie sau uscate. - de la 0,02µm la 2000µm.   Pentru o diversitate de produse: Minerale Chimice Alimentare Agrare Sedimente Farmaceutice Cosmetice

Reproductibilitatea şi corectitudinea unei măsurători: - Probe: emulsii, suspensii concentrate, pulberi, paste. Proba adusă: Este reprezentativă? Segregă în timpul transportului şi depozitării? Necesită utilizarea de metode speciale de pregătire (agitare la turaţie mare, ultrasonare)? Eşantionarea probei: eşantionul prelevat să fie reprezentativ. Dacă acesta se prelevează dintr-o sticlă sau un recipient trebuie asigurată omogenizarea conţinutului. In cazul pulberilor, particulele mari au tendinţa de a se separa în partea de sus, iar particulele mici se aglomerează la fundul containerului. In marea majoritate a probelor există o cantitate de particule mari şi alta de particule mici. Dar majoritatea particulelor se situează între aceste limite. Dacă se prelevează o probă din partea superioară a containerului, vor fi măsurate mai ales particule de dimensiuni mari. Dacă se va compara rezultatul cu acela al unei măsurări pe un eşantion prelevat din partea mediană a containerului, vor apare diferenţe importante. Beneficiarul este cel care trebuie să facă pre-eşantionarea probei, urmând ca operatorul să realizeze numai alegerea eşantionului reprezentativ din proba prezentată de beneficiar.

Aplicaţii practice Analiza distribuţiei mărimii particulelor unor latexuri polimerice Analiza distribuţiei mărimii unor compozite magnetice

Analiza distribuţiei mărimii particulelor unor latexuri polimere Proba MMD (µm) SSA ( m2/g) PS 0.098 59.5 P(97%S-co-3%GMA) 58.5 P(85%S-co-15%GMA) 0.115 49.2 P(75%S-co-25%GMA) 0.096 60.4

Analiza distribuţiei mărimii unor compozite magnetice : Mostră analizată: compozit magnetic cu procente diferite de ferită şi matrice o structură polimerică biodegradabilă: ____ - ferita; ____ - matricea polimerică; ____ - compozit magnetic cu 5 % ferita; ____ - compozit magnetic cu 10 % ferita; ____ - compozit magnetic cu 25 % ferita; Analiza evidenţiază dimensiunile reduse ale feritei sintetizate in situ comparativ cu structura polimerică. Diminuarea dimensiunii compozitului magnetic faţă de matricea polimerică demonstrează capacitatea de complexare a matricii polimerice.

Interconversia rezultatelor din distribuţie în volum în distribuţie de număr şi lungime Posibilitatea de inter-conversie matema-tică a rezultatelor permite alegerea variantei optime de prezentare şi care este şi cea mai reprezentativă pentru sistemul analizat dar aduce în acelaşi timp erori generate de calculul efectuat .

ZETASIZER Nano ZS Calculator Unitatea optica

Ce se poate măsura? Mărimea particulelor (Difuzia dinamică a luminii) Potenţialul zeta (Electroforeză Doppler) Masă moleculară (Difuzia statică a luminii)

Principiu pentru măsurarea mărimii particulelor cu Zetasizer Determinarea are la bază o tehnologie neinvazivă bazată pe difuzia dinamică a luminii (DLS) emisă de un laser. Particula asimilată cu o sferă se află în deplasare constantă datorită mişcării browniene ca urmare a ciocnirilor statistice cu moleculele de lichid. In această mişcare, particulele mici se vor mişca mai rapid decât particulele mari. Distribuţia mărimii particulelor obţinute prin DLS este funcţie de intensitatea relativă a luminii împrăstiată de particule de diferite clase dimensionale. Se măsoară dependenţa de timp a fluctuaţiilor intensităţilor pentru determinarea coeficientului de difuzie translaţional (D), respectiv diametrul hidrodinamic (DH). Rezultatul constituie o distribuţie a INTENSITATII care poate fi convertită intr-o distribuţie de VOLUM sau MASĂ dacă proprietăţile optice ale particulelor sunt cunoscute (Teoria Mie). Distribuţia NUMERICĂ este puţin utilizată deoarece mici erori în datele de achiziţie pot determina apariţia de erori uriaşe in distribuţia după număr.

Factori care Influenţează PZ POTENTIALUL ZETA (PZ) Incărcarea de la suprafaţa particulei aflată într-un anumit mediu. Dependent atăt de chimia suprafeţei particulei cât şi a dispersantului. Factori care Influenţează PZ Schimbări in pH Conductivitate (concentratie sau tipul sării) Schimbări in concentratia componenţilor PZ este calculat din mobilitatea electroforetică (μ) utilizând relaţia Smoluchowski : cu unde η – viscositatea, ε – constanta dielectrică a mediului, k - parametii Debye-Hűckel şi α – raza particulei.

Măsurarea stabilităţii electrostatice Mărimea interacţiunilor electrostatice dintre particule poate fi determinată prin măsurarea potentialului zeta a dispersiei. Potentialul zeta măsurat poate fi utilizat pentru prezicerea stabilităţii dispersiei si a timpului de viaţă al produsului. In general, se considera ca valori crescute ale PZ arată o stabilitate crescută a dispersiei. Departajare: o dispersie cu stabilitate joasă are PZ cuprins intre +30mV si -30mV

Facilităţi suplimentare oferite de ZETASIZER Posibilitatea urmăririi evoluţiei dimensiunii particulelor şi/sau potenţialului zeta în timp. Determinările oferă informaţii privind cinetica proceselor de agregare şi/sau sedimentare a particulelor respectiv solubilizarea sau emulsionarea structurilor analizate. Posibilitatea urmăririi evoluţiei dimensiunii particulelor şi/sau potenţialului zeta cu temperatura (şi pH). Determinările oferă informaţii privind: - tranziţiile de fază ale sistemelor polimerice; - temperaturile de denaturare a proteinelor, respectiv determinarea temperaturii de topire a acestora; - apariţia fenomenelor de histerezis.

Pregătirea probei Dispersii apoase stabile in timp (să nu sedimenteze). Transparente. Cu proprietăţi optice cunoscute (când se doreşte măsurarea dimensiunii). Cu pH cunoscut (când se doreşte determinarea PZ). Efectul concentraţiei probei Fiecare tip de probă are un domeniu ideal de concentraţie pentru o măsurătoare optimă. În cazul în care concentraţia este prea mică, e posibil să nu fie suficientă lumină difuzată pentru realizarea unei măsurători; pentru concentraţie prea mare este posibil să apară fenomenul de difuzare multiplă. In mod normal astfel de efecte nu apar la concentraţii sub 1 % volumetric. La concentraţii mai mari de 1 % volumetric interacţiunile care apar între particule vor influenţa rezultatul. Filtrarea Solvenţii şi dispersanţii trebuie filtraţi înainte de a fi utilizaţi la diluare, pentru a evita contaminarea probei. Dimensiunea porului filtrului este corelată cu aceea a probei. Ex. Pentru o probă de 10 nm, praf de 50 nm este contaminant în dispersant. Apa ca dispersant se filtrează mai jos de 0.2µm, în timp ce dispersanţii nepolari se filtrează mai jos de 10 sau 20 nm. Probele nu se filtrează. Se filtrează numai când este necesar să se îndepărteze aglomerările care nu sunt de interes în determinare şi produc variaţii de rezultate.

Aplicaţii practice Distribuţia dimensiunii particulelor Dependenţa diametrului hidrodinamic de pH Corelarea evoluţiei parametrilor viscoelastici cu evoluţia potenţialului zeta Dependenţa PZ şi a conductivităţii electrice de pH şi temperatură

Distribuţia dimensiunii particulelor unui amestec. - Se observă pentru amestec apariţia a două peak-uri la 780 nm (plasat intre peak-ul PAs de la 980 nm si peak-ul PVA de la 590 nm) şi respectiv la 54 nm (sub peak-ul PVA de la ~ 60 nm), fapt ce confirmă apariţia interacţiunilor care se stabilesc între grupele funcţionale ale PAs şi PVA cu apariţia complexărilor interpolimerice şi care constituie suportul obţinerii de structuri mai compacte cu dimensiuni sub cea a homo-polimerilor .

Dependenţa diametrului hidrodinamic de pH a unui amestec. Creşterea considerabilă a diametrului particulei de diclofenac, la pH acid, acolo unde stabilitatea este mai scăzută şi forţele repulsive dintre particule sunt mai reduse. IPC, ca şi PVA prezintă o stabilitate dimensională pe întreaga plajă de pH cu excepţia intervalului 6.5-7.5.

Corelarea evoluţiei parametrilor viscoelastici cu evoluţia potenţialului zeta în funcţie de compoziţie a unor amestecuri Amestecuri PAS/PEG (Mw PEG=2000 Da) Incompatibilitate pe un domeniu mare

Amestecuri PAS/PEG (Mw PEG=4000 Da) Compatibilitate PEG-PAS la un conţinut ridicat de PAS

Amestecuri PAS/PEG (Mw PEG=10000 Da) Compatibilitate PEG-PAS Formare de complecşi interpolimerici

În funcţie de compoziţie, la o temperatură dată, evoluţia parametrilor viscoelastici se corelează foarte bine cu evoluţia potenţialului zeta Potenţialul zeta poate furniza informaţii referitoare la interacţiunile care se stabilesc în amestecurile de polimeri în soluţie compatibilitatea polimerilor condiţiile în care se formează complecşi interpolimerici

Variaţia PZ funcţie de pH Valoare absolută a lui PZ mai mare pentru compusul bioactiv PAS/PVA/ diclofenac. Menţinerea relativ constantă a lui PZ la pH alcalin.

Dependenţa PZ şi a conductivităţii electrice de temperatură. ZP a blendurilor este mai mare decât a polimerilor constitutivi ceea ce s-a atribuit unei noi morfologii pentru produs. La 37°C complecşii PAS/PEG prezintă PZ mai negativ decât -30 mV. Deci aceste amestecuri prezintă o stabilitate bună ceea ce permite utilizarea lor in domeniul biomedical. Conductivitatea amestecurilor creşte cu temperatura fiind intre cea a polimerilor constitutivi.

Mulţumiri C.S.I. Dr. Aurica P. Chiriac C.S. I Maria Bercea C.S. III Neamtu Iordana C.S.II Dr.Tudorachi Nita C.S. I Maria Bercea