آموزش پیشرفتهآموزش نانو
آمادهسازی نمونه برای انجام آزمونهای DLS-بخش دوم
دستگاه تفرق نور پویا ابزاری برای تعیین اندازه ذرات، پتانسیل زتا و تعیین وزن مولکولی است. برای تعیین هر یکی از این عوامل باید بتوان روش آمادهسازی نمونه مناسب به کار گرفت. در این مقاله، سه روش مختلف برای آمادهسازی نمونه بهمنظور تعیین ابعاد ذرات، سنجش پتانسیل زتا و وزن مولکولی با استفاده از دستگاه DLSارائه میشود. در مقاله آمادهسازی نمونه برای انجام آزمونهای DLS (بخش اول) به شرایط نمونه آمادهسازی شده در آزمون توزیع اندازه ذرات، غلظت نمونه، حداکثر غلظت برای نمونههایی با اندازه ذرات زیر 10 نانومتر، حداقل غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر، حداکثر غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر، شرایط نمونه آمادهسازی شده در آزمون وزن مولکولی، غلظت نمونه، شرایط نمونه آمادهسازی شده در آزمون پتانسیل زتا و غلظت نمونه پرداخته شد.
این مقاله شامل سرفصلهای زیر است:
1- رقیقسازی
2- دیسپرسانتهای آبی یا قطبی
3- دیسپرسانتهای غیرآبی یا غیرقطبی
4- آمادهسازی
5- رعایت نکات ایمنی
6- تهیه سوسپانسیون با غلظت مناسب
7- استفاده از دستگاه التراسونیک
8- فیلتراسیون
9- بازرسی چشمی رنگ و شفاف بودن سوسپانسیون
10- تزریق صحیح نمونه درون کیووت
11- شبکه آزمایشگاهی فناوری راهبردی
جمعبندی
1- رقیقسازی
مرحله رقیقسازی یکی از مراحل آمادهسازی نمونه به شمار میرود. نکته حائز اهمیت درباره این مرحله از آمادهسازی این است که نباید خواص ماده مورد آزمایش با انجام رقیقسازی تغییر کند و این خواص باید ثابت بماند. در این مرحله برای تهیه یک نمونه آزمایشی مناسب، ابتدا روی قسمتی از نمونه اصلی که برای رقیق کردن انتخاب شدهاست، فیلتراسیون و سانتریفیوژ انجام میشود تا سوسپانسیونی شفاف از نمونه اصلی برای انجام مرحله رقیقسازی موجود باشد. در ضمن، در هنگام فرآیند رقیقسازی، باید به خوبی نکات مربوط به نگهداری نمونه رعایت شود تا آلودگی نمونه و حتی محیط آزمایشگاه که قبل از این مرحله در نمونه و آزمایشگاه وجود نداشته، در این مرحله نیز پدیدار نشود. با رعایت شدن موارد فوق تعادل بین سطح ذره و دیسپرسانت بهوجود میآید و خواص سطح نیز حفظ میشود.
اگر با اضافه شدن مرحله رقیقسازی به مراحل آمادهسازی نمونه، تهیه یک سوسپانسیون مناسب و یکنواخت حاصل نشد، لازم است که سوسپانسیون تهیه شده را برای مدتی بهمنظور رسوب ذرات و یکنواخت شدن قسمتی از آن در محلی قرار داد و بعد از تشکیل رسوب در نمونه، نمونه مورد نظر را از آن جدا کرد. در این شرایط، از بخش فوقانی سوسپانسیون که دارای یکنواختی بیشتری است، نمونهگیری انجام میشود. در تمام روشهایی که با آن رقیقسازی نمونه انجام میشود، باید دقت داشت که سه عامل زیر با اضافه شدن مرحله رقیقسازی نسبت به حالت قبل از این مرحله تغییر نداشته باشد. این سه عامل عبارتند از:
- PH؛
- غلظت یونی کل محلول؛
- غلظت سورفکتانت یا پلیمر موجود در محلول.
2- دیسپرسانتهای آبی یا قطبی
الکل و آب از رایجترین موادی هستند که در تقسیمبندی دیسپرسانتها، جزء دیسپرسانتهای آبی قرار میگیرند. به علت کارکرد آسان با این قبیل دیسپرسانتها، سعی میشود که حتیالمقدور از دیسپرسانتهای آبی در تهیه نمونه استفاده شود و تقریبا بیشتر نمونههای آمادهسازی شده برای آزمونهای مختلف دستگاه DLS، دارای دیسپرسانتهای پایه آبی هستند. در هنگام انجام آزمون با نمونههای پایه آبی میتوان از کیووتهای یکبار مصرف پلیاستایرنی استفاده کرد. در هنگام استفاده از این دیسپرسانتها، به این نکته توجه شود که دیسپرسانت مورد استفاده عاری از هر گونه آلودگی باشد و از دیسپرسانتهایی که از نظر کیفیت دارای مرغوبیت خوبی هستند، استفاده شود.
3- دیسپرسانتهای غیرآبی یا غیرقطبی
دیسپرسانتهایی نظیر هگزان، ایزو پارافین از جمله دیسپرسانتهای غیرقطبی هستند که در آزمون پتانسیل زتا مورد استفاده قرار میگیرند. انجام آزمون پتانسیل زتا با استفاده از کیووتهای معمول شاخکدار که در نمونههایی با دیسپرسانت آّبی کاربرد داشت، در این نمونهها استفاده نمیشود. به همین دلیل در هنگام انجام آزمون پتانسیل زتا از نمونههایی با دیسپرسانت غیرقطبی از کیووت دیپسل استفاده میشود. به دو دلیل در این آزمونها از کیووت دیپسل استفاده میشود:
- سازگاری جنس کیووت دیپسل با دیسپرسانتهای غیرقطبی و عدم انجام واکنش با آنها.
- نزدیک بودن فاصله الکترودها در کیووت دیپسل به یکدیگر که این امکان را فراهم میآورد که بدون استفاده از یک ولتاژ بالا، میدان الکتریکی قوی بهوجود آورد.
سایر شرایط آمادهسازی نمونههایی که دارای دیسپرسانت غیرآبی هستند با نمونههایی با دیسپرسانت آبی تفاوتی ندارد.
انتخاب دیسپرسانت مناسب یکی از مهمترین اقداماتی است که میتواند منجر به تهیه یک سوسپانسیون پایدار و مطلوب شود. برای اینکه ماده مورد نظر به خوبی و بهطور یکنواخت درون دیسپرسانت پراکنده شود، لازم است که دیسپرسانت مورد استفاده درست انتخاب شود. انتخاب دیسپرسانت مناسب با تجربه کاری و مطالعه مراجع مرتبط حاصل میشود. برخی از مشکلاتی که امکان وقوع آنها در مرحله آمادهسازی وجود دارد، با انتخاب دیسپرسانت مناسب میتواند حذف شود.
انتخاب دیسپرسانت مناسب یکی از مهمترین اقداماتی است که میتواند منجر به تهیه یک سوسپانسیون پایدار و مطلوب شود. برای اینکه ماده مورد نظر به خوبی و بهطور یکنواخت درون دیسپرسانت پراکنده شود، لازم است که دیسپرسانت مورد استفاده درست انتخاب شود. انتخاب دیسپرسانت مناسب با تجربه کاری و مطالعه مراجع مرتبط حاصل میشود. برخی از مشکلاتی که امکان وقوع آنها در مرحله آمادهسازی وجود دارد، با انتخاب دیسپرسانت مناسب میتواند حذف شود.
4- آمادهسازی
بعد از تعیین غلظت و ایجاد شرایط بهینه برای نمونه، فرآیند آمادهسازی آغاز میشود. در این بخش به گوشههایی از نکات حائز اهمیت در فرآیند آمادهسازی اشاره میشود.
5- رعایت نکات ایمنی
اولین مطلب در بحث آمادهسازی نمونه برای انجام هر آزمونی، رعایت نکات ایمنی فردی و محیطی است. قبل از انجام آغاز مرحله آمادهسازی نمونه نکات ایمنی باید مورد توجه قرار بگیرد؛ زیرا که عدم توجه به این بخش، آسیبهای جبران ناپذیری را میتواند به کاربر و حتی سایر افراد حاضر در یک آزمایشگاه به بار آورد. به برخی از این نکات در متن زیر اشاره شدهاست:
- ابتدا باید نمونهای که قرار است روی آن آمادهسازی انجام شود، از نظر ایمنی مورد شناسایی و ارزیابی قرار گیرد. ارزیابی نمونه به دلیل خطراتی است که میتواند در هنگام کار برای کاربر بهوجود آورد. پس در گام اول، اطلاعات دستورالعمل ایمنی نمونه استخراج میشود.
- در هنگام آمادهسازی از دستکش و ماسک مخصوص و همچنین البسه مناسب استفاده شود تا از تماس نمونه با پوست و استنشاق آن جلوگیری شود.
- در هنگام انجام آزمون درصورت لزوم، برای جلوگیری از پخش نمونه در محیط آزمایشگاه مراحل آمادهسازی در زیر هود انجام شود.
- ابزارهای آزمایشگاهی مورد استفاده در مرحله آمادهسازی، قبل و بعد از استفاده به خوبی پاک شود.
6- تهیه سوسپانسیون با غلظت مناسب
بعد از رعایت نکات ایمنی، تهیه سوسپانسیون با غلظت مورد نیاز آغاز میشود. تعیین غلظت نمونه مورد نظر با توجه به توضیحات داده شده در قسمتهای قبلی انجام میشود. با بهدست آوردن وزن ماده برای حجم مشخصی سوسپانسیون، مقداری از ماده با ترازو وزن شده و درون دیسپرسانت انتخاب شده ریخته میشود. بهدلیل اینکه مقدار ماده مورد نیاز برای تهیه سوسپانسیونی با حجمی حدود (5) میلیلیتر خیلی کم است و در محدوده هزارم و یا حتی ده هزارم گرم است، لذا مرحله توزین ماده با ترازو باید با دقت بالایی انجام شود. در این مرحله میتوان از اسپاتول برای برداشتن مقدار مورد نیاز ماده استفاده کرد. بعد از وزن کردن ماده، مقدار وزن شده درون دیسپرسانت ریخته میشود. حال با داشتن سوسپانسیون با غلظت مناسب، آزمونهای مختلفی که با دستگاه DLS قابل انجام است، میتواند صورت پذیرد.
معمولا سوسپانسیون تهیه شده در آزمایشگاه به سادگی توضیحات داده شده بهدست نمیآید. اغلب برای تهیه یک سوسپانسیون مناسب در مرحله آمادهسازی، فرآیندهایی به مرحله آمادهسازی اضافه میشود که انجام این فرآیندها در برخی موارد، نیاز به دستگاههای جانبی پیدا میکند. در ادامه، قسمتهایی که برای برطرف شدن مشکلات بهوجود آمده در حین مرحله آمادهسازی نمونه به این مرحله اضافه میشود، شرح داده شده و همچنین مواردی که انجام آنها سبب بهبود کیفیت نمونه و خطای کمتر دستگاه شده، به اختصار ذکر میشود.
معمولا سوسپانسیون تهیه شده در آزمایشگاه به سادگی توضیحات داده شده بهدست نمیآید. اغلب برای تهیه یک سوسپانسیون مناسب در مرحله آمادهسازی، فرآیندهایی به مرحله آمادهسازی اضافه میشود که انجام این فرآیندها در برخی موارد، نیاز به دستگاههای جانبی پیدا میکند. در ادامه، قسمتهایی که برای برطرف شدن مشکلات بهوجود آمده در حین مرحله آمادهسازی نمونه به این مرحله اضافه میشود، شرح داده شده و همچنین مواردی که انجام آنها سبب بهبود کیفیت نمونه و خطای کمتر دستگاه شده، به اختصار ذکر میشود.
7- استفاده از دستگاه التراسونیک
بعد از وزن کردن ماده مورد آزمایش با ترازو، درون دیسپرسانت ریخته شده که معمولا زمانی که نمونه درون دیسپرسانت ریخته میشود، بهطور یکنواخت پراکنده نشده و به اصطلاح دیسپرس نمیشود. دلایل زیادی برای دیسپرس نشدن ماده درون دیسپرسانت وجود دارد که یکی از رایجترین آنها، اگلومره شدن ذرات است که در این حالت، ذرات ماده در حالت خشک به یکدیگر میچسبند و تشکیل کلوخ میدهند. زمانی که چنین مشکلی بهوجود آید، دیسپرسانت حاوی ذرات، در دستگاه التراسونیک قرار داده میشود. دستگاه التراسونیک با تولید امواج صوتی سبب شکسته شدن کلوخهها شده و ذرات نمونه را از یکدیگر جدا میکند. استفاده از دستگاه التراسونیک دارای قواعدی است و برای استفاده از آن، محدودیتهایی تعریف شده که به چند مورد از آن اشاره میشود:
- مدت زمان استفاده از التراسونیک و همچنین شدت امواج صوتی تولید شده با استفاده از دستگاه باید مشخص باشد. زیرا در برخی مواقع مدت زمان و شدت امواج تولیدی، میتواند اثر عکس روی ماده بگذارد و به نمونه آمادهسازی آسیب وارد کرده و سبب تغییر خواص نمونه شود.
- در التراسونیک کردن نمونههایی نظیر امولسیونها و لیپوزومها باید دقت زیادی داشت که آسیبی به نمونه نرسد.
- در هنگام روشن بودن دستگاه، به هیچ وجه نباید با دست، نمونه را از داخل دستگاه برداشت. انتقال امواج صوتی به هر طریقی به شخص کاربر، میتواند سلامتی وی را به خطر بیاندازد.
- در صورتی که با انجام مرحله التراسونیک، نمونه در سوسپانسیون به خوبی دیسپرس نشد، برای رسیدن به یک سوسپانسیون مناسب از مرز پایین محدوده غلظت با توجه به اندازه ذره استفاده میشود.
در برخی موارد، برای بهتر دیسپرس شدن نمونه، التراسونیک کردن نمونه در چند مرحله انجام میشود. تکان دادن نمونه آمادهسازی شده توسط کاربر در فواصل زمانهای التراسونیک، میتواند مثمر ثمر واقع شده و به دیسپرس شدن نمونه کمک کند.
از دستگاه التراسونیک برای از بین بردن حباب بهوجود آمده درون کیووت در هنگام تزریق نمونه نیز استفاده میشود. با این کار، حبابهایی که در زمان تزریق سوسپانسیون درون کیووت ایجاد شدهاند، میتوانند از داخل نمونه حذف شده و از بین برده شوند. در ضمن، از دستگاه التراسونیک برای شست و شوی کیووتهای شیشهای و کوارتزی نیز میتوان استفاده کرد. لازم به ذکر است که برای دیسپرس شدن نمونه در برخی از آزمایشگاه از همزن برقی نیز استفاده میشود. همزن برقی نیز میتواند برای دیسپرس کردن نمونهها مفید باشد. با توجه به نوع نمونه میتوان دستگاه مناسبتر را برای یکنواخت کردن نمونه انتخاب کرد.
از دستگاه التراسونیک برای از بین بردن حباب بهوجود آمده درون کیووت در هنگام تزریق نمونه نیز استفاده میشود. با این کار، حبابهایی که در زمان تزریق سوسپانسیون درون کیووت ایجاد شدهاند، میتوانند از داخل نمونه حذف شده و از بین برده شوند. در ضمن، از دستگاه التراسونیک برای شست و شوی کیووتهای شیشهای و کوارتزی نیز میتوان استفاده کرد. لازم به ذکر است که برای دیسپرس شدن نمونه در برخی از آزمایشگاه از همزن برقی نیز استفاده میشود. همزن برقی نیز میتواند برای دیسپرس کردن نمونهها مفید باشد. با توجه به نوع نمونه میتوان دستگاه مناسبتر را برای یکنواخت کردن نمونه انتخاب کرد.
8- فیلتراسیون
مایعی که بهعنوان دیسپرسانت استفاده میشود، باید آلودگی نداشته نباشد. برای اطمینان از این موضوع، لازم است که دیسپرسانت تصفیه شود. برای تصفیه دیسپرسانت روشهای مختلفی وجود دارد که رایجترین آنها استفاده از روش فیلتراسیون است. برای کاربر در روش فیلتراسیون نیز مهم است که اندازه ذرات چقدر است. معمولا تصفیه دیسپرسانتهای آبی با فیلترهایی زیر (200) نانومتر صورت میگیرد، در حالی که دیسپرسانتهای غیرآبی میتوانند تا (10-20) نانومتر هم فیلتر شوند. فیلتراسیون معمولا بعد از تهیه سوسپانسیون انجام نمیشود، چون در این صورت ذرات بزرگتری که مربوط به خود نمونه است نیز با این روش حذف میشود. البته در برخی از آزمایشها نظیر زمانی که برای آزمون پتانسیل زتا، سوسپانسیون یکنواختی بهدست نمیآید و یا در مواردی که آزمایش در شرایط خاص تعریف شده، فیلتراسیون بعد از تهیه سوسپانسیون نیز انجام میشود.
9- بازرسی چشمی رنگ و شفاف بودن سوسپانسیون
تعیین رنگ و شفاف بودن نمونه، از مواردی است که بهصورت تجربی قابل انجام است. بعد از تهیه نمونه، کافی است که به سوسپانسیون تهیه شده در برابر نور شدید، مثلا در مقابل لامپ نگاه کرد. در این حالت، اگر شفافیت سوسپانسیون خیلی کم باشد و سوسپانسیون بیش از حد کدر باشد، میتوان کمی غلظت نمونه را کاهش داد. البته این کاهش باید بهگونهای باشد که غلظت ثانویه نیز در محدوده غلظتی که برای نمونه تعریف شده، قرار بگیرد. عکس این مورد نیز صادق است، یعنی اگر نمونه بیش از حد شفاف به نظر برسد بهگونهای که در یک نگاه این طور به نظر رسد که مادهای درون دیسپرسانت وجود ندارد، با در نظر گرفتن محدوده غلظت مجاز، غلظت نمونه افزایش داده میشود.
10- تزریق صحیح نمونه درون کیووت
در پایان مرحله آمادهسازی، نوبت به تزریق نمونه درون کیووت میرسد. همانطور که گفته شده کیووت ظرف مخصوصی است که نمونه برای اینکه داخل دستگاه قرار بگیرد، درون آن ریخته میشود. در مرحله تزریق نمونه درون کیووت به دو نکته میتوان اشاره کرد:
- در این مرحله برای قرار گرفتن نمونه درون دستگاه، ابتدا نمونه از درون ظرفی که در آن تهیه شده با سرنگ یا میکرو سمپلر به مقدار مورد نیاز برداشته میشود و سپس به درون کیووت انتقال داده میشود. یکی از نکاتی که باید در این مرحله رعایت شود، دقت در انتقال نمونه است که در دو مرحله انجام میشود. در مرحله اول که انتقال نمونه از ظرفی که نمونه در آن تهیه شده به میکرو سمپلر یا سرنگ انجام میشود و در مرحله بعد انتقال آن از سرنگ یا میکرو سمپلر به کیووت صورت میگیرد. در این مراحل جلوگیری از ریختن نمونه در محیط آزمایشگاه و همچنین جلوگیری از ورود آلودگیهای مختلف به درون نمونه، بسیار حائز اهمیت است. مورد بعدی که باید به آن توجه داشت، جلوگیری از ایجاد حباب در نمونه درون کیووت است. برای جلوگیری از این اتفاق، در کیووتهای ساده همانطور که در شکل (1) نیز دیده میشود، مایل نگه داشته کیووت، میتواند تا حد زیادی این مشکل را حل کند.
اما در کیووتهای شاخکدار بهگونهای دیگر تزریق صورت میپذیرد. در شکل (2) نمایی از چگونگی تزریق نمونه را درون کیووتهای شاخکدار نشان میدهد. در این تزریق، ابتدا کیووت بهطور کاملا بر عکس نگه داشته میشود و تقریبا به اندازه نصف آن مطابق شکل (2) از سوسپانسیون پر میشود. سپس کیووت را (180) درجه چرخانده و به حالتی که درون دستگاه قرار میگیرد گرفته و بقیه نمونه درون آن تزریق میشود. این روش پرکردن، بهدلیل جلوگیری از ایجاد حباب درون کیووت است. لازم به ذکر است بعد از تزریق نمونه درون کیووت، داخل کیووت بهصورت چشمی بازرسی میشود تا از نبود حباب و آلودگی درون کیووت مطمئن شد. اگر درون کیووت حباب مشاهده شود، با ضربه زدن انگشت میتوان حبابهای ایجاد شده را از بین برد و اگر با ضربه زدن انگشت این حبابها از بین نرفت، از دستگاه التراسونیک برای از بین بردن حبابها استفاده میشود.
11- شبکه آزمایشگاهی فناوری راهبردی
این مقاله از مجموعه مقالات فصل نامه شبکه آزمایشگاهی فناوریهای راهبردی سال 2015، شماره 11 برگرفته شده است. برای دسترسی به مراکز خدمات دهنده آنالیز DLS بر روی لینک زیر کلیک کنید.
نام دستگاه |
دستگاه تفرق نور پویا |
جمعبندی
یکی از اصلیترین و مهمترین مراحل انجام آزمون با دستگاه DLS، آمادهسازی نمونه است. غلظت نمونه آمادهسازی شده برای انجام آزمونهای مختلفی که با این دستگاه انجام میشود، نقش تعیین کنندهای در نتایج بهدست آمده از دستگاه دارد. تعیین صحیح غلظت نمونه آمادهسازی شده به عوامل مختلفی مانند اندازه ذره وابسته است. میزان غلظت نمونه در آزمونهای مختلف این دستگاه دارای محدودیتهایی است که بیشتر و یا کمتر بودن میزان غلظت نمونه نسبت به محدوده غلظت تعیین شده، میتواند باعث افزایش خطا در جواب آزمایش شود. یکنواختی نمونه تهیه شده و یا دیسپرس شدن ذرات موجود در دیسپرسانت، برای انجام آزمون، از اهمیت زیادی برخوردار است. تجهیزاتی نظیر ترازو، دستگاه اولتراسونیک و همزن برقی میتوانند به کاربر در تهیه نمونهای با کیفیت بالا کمک کنند. برای تهیه یک نمونه آزمایشی مناسب، رعایت تمام نکات مهم در مرحله آمادهسازی و به کارگیری دقت زیاد در تمامی مراحل، امری لازم و ضروری است و کوچکترین اشتباهی در این مرحله آمادهسازی میتواند، سبب بهوجود آمدن خطا در نتایج آزمون انجام شده شود. با وجود توضیح و تشریح مرحله آمادهسازی، باید به این نکته اشاره کرد که در کل، مرحله آمادهسازی مرحلهای است که در آن تجربه کاری در انجام تهیه یک نمونه ایدهآل بسیار مهم است و کاربر باتجربه میتواند مشکلات بهوجود آمده در این مرحله که متناسب با نمونه مورد آزمایش، بسیار متنوع است، را به خوبی برطرف کند.
منابـــع و مراجــــع
۱ – Zetasizer Nano User Manual MAN0317 Issue 4.0 May 2008
۲ – www.malvern.com
۳ – www.wikipedia.com
۴ – فصل نامه شبکه آزمایشگاهی فناوریهای راهبردی سال 2015 و شماره 11