Uma equipe de pesquisadores propôs um método rápido e conveniente chamado espalhamento dinâmico de luz de imagem polarizada (PIDLS), que avalia quantitativamente o tamanho, a morfologia e a distribuição das nanopartículas ao mesmo tempo. Uma quantidade adimensional, denominada esfericidade óptica, é proposta para descrever o grau de desvio das nanopartículas das esferas. Este método contribuirá muito para a síntese in-situ, análise de função estrutural e avaliação da qualidade de nanopartículas.



A equipe de pesquisadores chineses da Universidade de Xangai para Ciência e Tecnologia e Jiaxing MeaParTech Instrument Technology Co., Ltd publicou seu trabalho na revista Particuology .

O desempenho das nanopartículas é frequentemente influenciado por fatores como tamanho e forma das partículas. Tradicionalmente, a microscopia eletrônica ou microscopia de força atômica é empregada para análise de tamanho e morfologia de nanopartículas. No entanto, esta abordagem apresenta desafios como preparação complexa de amostras, processamento demorado e dificuldades na obtenção de caracterização quantitativa. Um método rápido, preciso e estatisticamente significativo para medir o tamanho e a morfologia das nanopartículas facilitará a indústria relacionada.

Ao contrário dos métodos de microscopia eletrônica e microscopia de força atômica, o método PIDLS não mede diretamente o tamanho e a morfologia das nanopartículas. Na verdade, o PIDLS pode ser visto como uma combinação do método de espalhamento dinâmico de luz de imagem (IDLS) e do método de espalhamento de luz polarizada (PLS).

Ao iluminar uma amostra de nanopartículas com um feixe de laser polarizado, uma câmera polarizada recebe a luz espalhada e obtém imagens espalhadas nas direções de polarização 0°, 45°, 90° e 135°. Devido ao movimento browniano aleatório contínuo das partículas, as posições espaciais e orientações das partículas variam constantemente, resultando em flutuações na intensidade e no estado de polarização da luz espalhada.

De acordo com a equação de Stokes-Einstein, a taxa de flutuações de intensidade na luz espalhada está relacionada ao tamanho da partícula, e de acordo com a teoria da dispersão da luz, o estado de polarização da luz espalhada está relacionado à morfologia da partícula. Ao calcular a correlação espacial de duas imagens de dispersão consecutivas na direção de polarização de 0°, a taxa de flutuações de intensidade na luz espalhada pode ser determinada e, assim, o tamanho da partícula pode ser determinado.

Medições contínuas podem fornecer vários resultados de medição de tamanho de partícula, incluindo o valor médio e o índice de polidispersidade. Ao analisar a intensidade da luz espalhada de quatro imagens de polarização nas direções de polarização de 0°, 45°, 90° e 135° tomadas ao mesmo tempo, o grau de polarização linear (referido como esfericidade óptica neste artigo) pode ser obtido , que pode ser usado para avaliar o grau de aproximação das partículas a uma esfera.

Um valor de 1 indica uma esfera perfeita, enquanto o valor menor indica maior desvio de uma esfera. Medições contínuas podem fornecer a esfericidade óptica das nanopartículas, obtendo assim distribuição morfológica estatística.

Neste estudo, as medições foram realizadas em nanopartículas esféricas, octaédricas, planas, em forma de bastonete e filamentosas. Os resultados de tamanho de partícula, morfologia e distribuições obtidos pelo método PIDLS foram consistentes com aqueles obtidos por microscopia eletrônica, demonstrando a eficácia do método proposto.

O estudo também mediu cinco pós de dióxido de titânio de nível industrial e identificou com sucesso as amostras com tamanhos de partículas significativamente maiores, menor esfericidade óptica e baixa consistência tanto em tamanho quanto em morfologia. Isto destaca a aplicação potencial do método PIDLS no controle de qualidade de nano pós.

“Este estudo fornece uma nova ferramenta para avaliar a morfologia das nanopartículas”, disse Xiaoshu Cai, professor de Ciência e Tecnologia da Universidade de Xangai. O método PIDLS pode ser realizado à temperatura ambiente e à pressão atmosférica em um ambiente de fase líquida com quase nenhuma preparação de amostra. Com sua simplicidade e rápida velocidade de medição, o método PIDLS possui grande potencial para ampla aplicação na síntese de nanomateriais em laboratórios, na fabricação de nanopós em plantas e em muitos outros campos de ponta.

"Na próxima etapa, nossa equipe de pesquisa validará ainda mais a universalidade da esfericidade óptica. Além disso, planejamos investigar mais a fundo a relação entre a morfologia das partículas e os padrões de espalhamento de campo distante com base na teoria de espalhamento de polarização, com o objetivo de alcançar a classificação de partículas morfologia", disse Cai.

Desta forma, os pesquisadores poderão ampliar os cenários de aplicação do PIDLS e melhorar o potencial de aplicações práticas. "Nosso grupo de pesquisa se concentra consistentemente na medição multiparâmetro e na medição on-line de partículas, e desenvolve continuamente novos métodos e dispositivos de medição", disse Cai.

Mais informações: Bingyao Wang et al, Dispersão dinâmica de luz de imagem polarizada para medição simultânea de tamanho e morfologia de nanopartículas, Particuologia (2023). DOI:10.1016/j.partic.2023.06.004
Fornecido por Particuologia