Ключевые выводы: Анализатор BeNano 180 Zeta с модулем RCS с технологией LEDLS обеспечивает быстрое и точное измерение концентрации полистирольных частиц в диапазоне 20–500 нм без калибровки толуолом. Метод демонстрирует отличную корреляцию с теоретическими значениями и подходит для анализа многокомпонентных смесей.
Контроль размера и, что особенно важно, концентрации частиц — это основа качества и воспроизводимости процессов в фармацевтике, биотехнологиях, производстве материалов и многих других отраслях. Традиционные методы анализа часто требуют сложной пробоподготовки или имеют ограниченный диапазон измерений.
В этой статье мы покажем, как запатентованная технология LEDLS (Light Extinction & Dynamic Light Scattering) в анализаторе BeNano 180 Zeta с модулем RCS решает эти задачи. На примере стандартных полистирольных микросфер мы продемонстрируем возможности прибора по определению объёмной доли и числовой концентрации частиц — быстро, точно и без использования токсичных растворителей для калибровки.
Почему технология LEDLS — это прорыв в анализе концентрации?
Для определения концентрации частиц традиционно используются методы светорассеяния, затенения (счетчики частиц) и электрического сопротивления (кулоновские счетчики). Каждый из них имеет свои ограничения по размеру частиц, концентрации или требует калибровки.
Анализатор размера частиц и дзета-потенциала BeNano 180 Zeta с модулем RCS использует инновационный подход — одновременное измерение световой экстинкции и динамического светорассеяния (LEDLS). Это позволяет прибору:
- Измерять концентрацию в широком диапазоне размеров — от нано- до микрочастиц.
- Определять как объёмную долю, так и числовую концентрацию без дополнительных расчетов.
- Работать без калибровки по толуолу, что упрощает и ускоряет процесс, делая его безопаснее.
- Проводить анализ под фиксированным углом, обеспечивая стабильность и воспроизводимость результатов.
Эксперимент: проверка точности на стандартных полистирольных микросферах
Методика: Для проверки точности использовались монодисперсные полистирольные микросферы диаметром 20, 50, 100, 300 и 500 нм. Концентрация образцов варьировалась в широком диапазоне от 0,00025% до 2,5%. Все разбавления выполнялись гравиметрическим методом для максимальной точности. Каждый образец измерялся трижды с последующим усреднением результата.
Также был приготовлен и проанализирован смешанный образец, содержащий 0,1% сфер 60 нм и 0,01% сфер 200 нм, для проверки селективности метода.
Результат 1: Высокая точность для монодисперсных частиц
Рисунок 1. Концентрация (верхняя панель), объемно-взвешенное распределение по размерам (средняя панель) и таблица результатов (нижняя панель) для 0,01% полистирольных сфер диаметром 200 нм.
На примере сфер диаметром 200 нм прибор показал отличные результаты.
- Теоретическая концентрация: 2,39·10¹⁰ частиц/мл
- Измеренная концентрация: 2,60·10¹⁰ частиц/мл
- Измеренный размер: 202 нм (пик на распределении)
- Объемная доля: 0,0091% (при теоретической 0,01%)
Вывод: Прибор корректно определил и размер, и концентрацию, показав типичное для метода незначительное превышение по числу частиц из-за высокой чувствительности к малым фракциям.
Результат 2: Широкий рабочий диапазон прибора
Основная задача — подтвердить, что BeNano 180 Zeta с модулем RCS сохраняет точность в заявленном диапазоне размеров и концентраций. На графике ниже представлено сравнение теоретических и измеренных значений для частиц от 20 до 500 нм.
Рисунок 2. Сравнение измеренной и теоретической концентрации для полистирольных сфер различных размеров и концентраций.
График демонстрирует сильную линейную корреляцию (R² > 0.99) между теоретическими и измеренными значениями в огромном диапазоне концентраций — от 10⁷ до 10¹⁶ частиц/мл. Это подтверждает, что технология LEDLS является надежным инструментом для количественного анализа.
Важное замечание: Точность измерения зависит от размера частиц и их оптических свойств. Как видно из данных:
- Мелкие частицы (<100 нм) лучше измеряются при повышенных концентрациях.
- Оптимальное «рабочее окно» по концентрации — у частиц размером 100–400 нм.
- Крупные частицы (>400 нм) требуют работы в более узком диапазоне концентраций для избегания эффектов многократного рассеяния.
Результат 3: Анализ многокомпонентной смеси
Способность анализировать реальные образцы, часто представляющие собой смеси, — ключевое требование к прибору.
Рисунок 3. Результаты анализа смеси частиц 60 нм и 200 нм.
Прибор четко разрешил два пика в смеси: при 64 нм и 198 нм. Высокое разрешение обеспечивается встроенным алгоритмом.
- Для частиц 60 нм: Измеренная концентрация (9,62·10¹² част/мл) практически совпала с теоретической (8,84·10¹² част/мл).
- Для частиц 200 нм: Наблюдается занижение измеренной концентрации (1,10·10¹⁰ против теоретических 2,39·10¹⁰ част/мл). Это ожидаемый эффект для метода экстинкции, когда в смеси присутствует доминирующая фракция более мелких частиц (60 нм), которая вносит основной вклад в общее ослабление света.
Заключение и практическая польза для вашей лаборатории
Проведенное исследование наглядно доказывает, что анализатор BeNano 180 Zeta с модулем RCS является мощным и надежным инструментом для рутинного и исследовательского контроля дисперсных систем.
Основные преимущества, подтвержденные исследованием:
- Высокая точность и широкий диапазон: Линейный отклик в диапазоне концентраций 10⁷ – 10¹⁶ частиц/мл для размеров 20-500 нм.
- Простота и безопасность: Отсутствие необходимости в калибровке токсичным толуолом существенно упрощает и ускоряет работу.
- Универсальность: Один прибор измеряет размер, дзета-потенциал и концентрацию, экономя бюджет и место в лаборатории.
- Пригодность для сложных образцов: Технология LEDLS позволяет анализировать многокомпонентные смеси с удовлетворительной селективностью.
Готовы внедрить современные методы анализа частиц в свою лабораторию?
Анализатор BeNano 180 Zeta с модулем RCS — это решение для задач, где критически важны скорость, точность и простота измерения концентрации нано- и микрочастиц.
Авторы исследования: Чжибинь Го, Хуэй Нинг, Лаборатория прикладных исследований компании Bettersize.
