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.
این مقاله شامل سرفصل‌های زیر است:
مقدمه
1- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون توزیع اندازه ذرات
1-1- غلظت نمونه
2-1- حداکثر غلظت برای نمونه‌هایی با اندازه ذرات زیر 10 نانومتر
3-1- حداقل غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر
4-1- حداکثر غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر
5-1- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون وزن مولکولی
6-1- غلظت نمونه
2- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون پتانسیل زتا
1-2- غلظت نمونه
3- شبکه آزمایشگاهی فناوری راهبردی
جمع‌بندی
مقدمه
1- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون توزیع اندازه ذرات
1-1- غلظت نمونه
2-1- حداکثر غلظت برای نمونه‌هایی با اندازه ذرات زیر 10 نانومتر
3-1- حداقل غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر
4-1- حداکثر غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر
5-1- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون وزن مولکولی
6-1- غلظت نمونه
2- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون پتانسیل زتا
1-2- غلظت نمونه
3- شبکه آزمایشگاهی فناوری راهبردی
جمع‌بندی
مقدمه
یکی از مراحل بسیار مهم در انجام آزمون با دستگاه تفرق نور پویا مرحله آماده‌سازی نمونه است. برای اینکه جواب به‌دست آمده از آزمون انجام شده با دستگاه DLS معتبر و قابل استناد باشد، لازم است که مرحله آماده‌سازی نمونه با دقت هر چه بیشتر انجام شود تا از هر گونه خطا در نتایج آن اجتناب شود. روند انجام مرحله آماده‌سازی نمونه بسته به نوع نمونه و همچنین آزمونی که قرار است روی آن انجام گیرد، تعیین می‌شود. در آزمون‌هایی که با دستگاه DLS انجام می‌شود، عامل غلظت نمونه آزمایشی از جمله عواملی است که باید به آن توجه کرد. عامل غلظت نسبت به سایر عواملی که در این مرحله تاثیرگذار هستند، از اهمیت بیشتری برخوردار است. در این مقاله به چگونگی انجام مرحله آماده‌سازی نمونه پرداخته شده و همچنین محدوده غلظت مناسب نمونه برای آزمون‌های مختلف دستگاه DLS بررسی می‌شود. در ضمن، این مقاله اشاره‌ای کوتاه به سایر عوامل تاثیرگذار در مرحله آماده‌سازی داشته و راه‌های رسیدن به نمونه آماده‌سازی مطلوب‌تر را ارائه می‌کند.
1- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون توزیع اندازه ذرات
1-1- غلظت نمونه
غلظت، یکی از مهمترین عوامل در تهیه نمونه مناسب برای انجام آزمون با دستگاه DLS است و مقدار غلظت در آزمون توزیع اندازه ذرات باید بهینه باشد. اگر غلظت نمونه مورد آزمایش خیلی کم باشد، این امکان وجود دارد که پرتوهای نور متفرق شده برای انجام آزمون موردنظر کافی نباشد. اگر غلظت نمونه بیش از حد باشد، پدیده تفرق چندگانه رخ می‌دهد. یعنی پرتوهای متفرق شده از یک ذره در مسیر تفرق خود با ذرات دیگر برخورد می‌کنند که هر چه وقوع پدیده تفرق چندگانه بیشتر شود، درصد خطا در نتایج به‌دست آمده از آزمون نیز بیشتر می‌شود. همچنین غلظت بیش از حد نمونه می‌تواند مانع حرکت آزادانه ذرات شود. حرکت ذرات درون دیسپرسانت که به آن حرکت براونی گفته می‌شود، در غلظت‌های بالا دچار مشکل شده و ذرات، فضای کافی برای حرکت براونی ندارند. این اتفاق بر سرعت حرکت و میزان جابجایی ذرات تاثیر می‌گذارد که این تاثیرات می‌توانند سبب تغییر در نتایج آزمون شوند. بنابراین، برای انجام آزمون توزیع اندازه ذرات، باید غلظت نمونه مورد آزمایش بهینه باشد. حال این سئوال مطرح می‌شود که غلظت بهینه برای انجام این آزمون چقدر است و چطور می‌توان مقدار آن را تعیین کرد؟
غلظت یک نمونه آزمایشی برای انجام آزمون توزیع اندازه ذرات از روی اندازه ذرات مورد آزمایش تعیین می‌شود. جدول (1) محدوده غلظت نمونه مورد آزمایش، برحسب اندازه ذرات در آزمون توزیع اندازه ذرات را نشان می‌دهد.
غلظت یک نمونه آزمایشی برای انجام آزمون توزیع اندازه ذرات از روی اندازه ذرات مورد آزمایش تعیین می‌شود. جدول (1) محدوده غلظت نمونه مورد آزمایش، برحسب اندازه ذرات در آزمون توزیع اندازه ذرات را نشان می‌دهد.
جدول 1: محدوده غلظت نمونه در آزمون توزیع اندازه ذرات بر حسب اندازه ذرات
| حداکثر غلظت | حداقل غلظت | ابعاد ذره |
| تنها بستگی به نمونه داشته و تجمع ذرات و ژله‌ای شدن محدود کننده بالاترین حد غلظت است | 5/0 گرم بر لیتر | کمتر از 10 نانومتر |
| 5 درصد وزنی | 1/0 میلی‌گرم بر لیتر | 10 تا 100 نانومتر |
| 1 درصد وزنی | 100 نانومتر تا 1 میکرون | |
| 1 درصد وزنی | 1/0 گرم بر لیتر | بیش از یک میکرون |
این جدول مربوط به نمونه‌هایی با چگالی (1) گرم بر سانتی‌متر مربع است. چگالی نمونه با ضریب شکست در ارتباط است و در واقع ارقام این جدول مربوط به نمونه‌هایی می‌شود که ضریب شکست آنها اختلاف خیلی کمی با ضریب شکست دیسپرسانت دارند. به‌عنوان مثال، اگر دیسپرسانت آب باشد که ضریب شکست آن (1/33) است، این جدول برای ذراتی که ضریب شکست آنها حدود (1/38) است، می‌تواند استفاده شود. البته این جدول برای ذراتی که اختلاف ضریب شکست آنها با ضریب شکست دیسپرسانت‌شان بیشتر است نیز قابل استفاده است، ولی برای دقت بیشتر در انجام آزمون باید از محدوده میانی جدول استفاده کرد. در آزمون توزیع اندازه ذرات، به غیر از محدوده غلظت، موارد دیگری نیز وجود دارد؛ توجه به آنها در رسیدن به نتیجه دقیق اهمیت زیادی دارد که در این بخش به برخی از آنها اشاره می‌شود:
- رنگ سوسپانسیون که متاثر از غلظت ذرات است، باید شفاف باشد. البته کدر شدن رنگ در برخی از نمونه‌ها به دلیل خواص خود نمونه، طبیعی است ولی در چنین حالت‌هایی حداقل غلظت توصیه می‌شود. در نمونه‌هایی هم که با افزودن ذرات، رنگ سوسپانسیون تغییر چندانی نمی‌کند، از غلظت بیشتری که متناسب با جدول ارائه شده‌است، استفاده می‌شود.
- حداقل غلظت نمونه برای نمونه‌هایی که دیسپرسانت آنها آب است باید به‌گونه‌ای باشد که نرخ پرتوهای تفرق یافته، کمتر از (10) کیلو کانت در هر دقیقه باشد. این میزان برای نمونه‌هایی که دیسپرسانت آنها تولوئن است باید بیشتر از (100) کیلو کانت در هر دقیقه باشد.
- با وجود اینکه عامل غلظت از اهمیت زیادی در انجام آزمون DLS برخوردار است، ولی محدوده غلظت نسبتا بزرگی که برای هر دسته از ذرات با اندازه‌های مختلف مشخص شده‌است، درصد خطایی که ناشی از غلظت نمونه باشد را به حداقل می‌رساند.
حال به توضیح بیشتر ارقام داده شده در جدول شماره (1) پرداخته می‌شود و دلیل اینکه چرا این محدوده برای هر دسته از ذرات معرفی شده، بیان می‌شود.
2-1- حداکثر غلظت برای نمونه‌هایی با اندازه ذرات زیر 10 نانومتر
براساس جدول (1)، برای حداکثر غلظت در نمونه‌هایی با اندازه ذرات زیر (10) نانومتر، سقفی در نظر گرفته نشده‌است. با این حال، بنا بر خواص و ویژگی‌های نمونه، برای برخی از نمونه‌ها و سوسپانسیون‌های تهیه شده، باید حد و مرزی در حداکثر غلظت در نظر گرفته شود. به برخی از این نمونه‌ها در متن زیر اشاره شده‌است:
- نمونه‌هایی که در اثر افزایش غلظت، به حالت ژله‌ای تبدیل می‌شوند، باید حد و مرزی در حداکثر غلظت داشته باشند. گروهی از نمونه‌ها که برای انجام آزمون توزیع اندازه ذرات با دستگاه DLS مشکل‌ساز می‌شوند، نمونه‌هایی هستند که سوسپانسیون آنها با افزایش غلظت به حالت ژله‌ای تبدیل می‌شوند. نتایج به‌دست آمده از نمونه‌هایی که چنین شرایطی دارند به هیچ وجه قابل اعتماد نیستند.
- در اثر افزودن بیش از حد پودر نمونه به دیسپرسانت برای تهیه سوسپانسیون مورد نیاز برای انجام آزمون، در درون برخی از سوسپانسیون‌ها، رسوب دیده می‌شود. به‌وجود آمدن رسوب در نمونه باعث می‌شود که نمونه از حالت یکنواختی خارج شده و میزان غلظت ذرات درون این قبیل سوسپانسیون‌ها در تمام نقاط سوسپانسیون یکسان نباشد. غیریکنواختی در غلظت سوسپانسیون سبب می‌شود که خطای اندازه‌گیری دستگاه از حد مجاز بیشتر شده و نتایج به‌دست آمده مردود شود.
- در ذراتی که در کنار یکدیگر برهم‌کنش دارند، غلظت بالا دردسرساز می‌شود. در چنین نمونه‌هایی، ضریب نشر انتقالی ثابت نیست و به‌طور دائم در حال تغییر است و این تغییر موجب بروز خطا در آزمون می‌شود. لذا در این موارد باید غلظتی انتخاب شود که از اثر متقابل ذرات بر هم جلوگیری کند.
حداکثر غلظت در سایر اندازه‌های ذره به خوبی مشخص شده‌است. با این حال اگر در این محدوده‌های غلظت نیز مشکلات ذکر شده رخ دهد، بهتر است غلظتی انتخاب شود که به مرز پایین غلظت تعیین شده در جدول شماره (1) نزدیک باشد.
3-1- حداقل غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر
محدوده غلظت در دستگاه DLS با اندازه ذرات موجود در سوسپانسیون تعیین می‌شود که دلیل تعیین محدوده غلظت با اندازه ذرات، مقدار پرتوهای نور متفرق شده در اثر برخورد با ذرات نمونه است. در واقع به‌دلیل اینکه شدت تفرق نور رابطه مستقیمی با اندازه ذرات دارد، محدوده غلظت نیز براساس اندازه ذرات مشخص می‌شود. در ذرات بزرگتر از (10) نانومتر، چون حتی تعداد کم ذرات، می‌توانند پرتوهای نور زیادی را متفرق کنند (رابطه شدت تفرق نور با شعاع ذرات 106 است)، محدوده غلظت با در نظر گرفتن مقدار نور متفرق شده و همچنین اثر نوسانات – تعداد تعیین می‌شود. برای درک اثر نوسانات – تعداد، مثالی ارائه می‌شود. فرض می‌شود آزمون توزیع اندازه ذرات برای یک نمونه بسیار رقیق (مثلا 0/001 میلی‌گرم در لیتر) با اندازه ذرات تقریبی (500) نانومتر انجام شود. در شرایط ذکر شده شدت تفرق نور بیشتر از مقدار مورد نیاز برای اندازه‌گیری آزمون توزیع اندازه ذرات است (به دلیل بزرگ بودن ابعاد ذرات). اما زمانی که محاسبه نمودار توزیع اندازه ذرات بر حسب حجم با استفاده از دستگاه انجام می‌شود، مقدار نور متفرق شده بر حسب حجم بسیار کم است. به همین دلیل، حداقل اندازه ذرات در ذرات بزرگتر، مقدار بیشتری نسبت به ذرات کوچکتر است. شکل (1) نموداری از برآورد تعداد ذرات در هر غلظت از ذرات، با اندازه‌های مختلف و مربوط به ذراتی هستند که چگالی آنها (1) گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
وجود نمونه با غلظت کم مشکل دیگری را نیز به همراه دارد. این مشکل مربوط به آلاینده‌هایی نظیر گرد و غبار است که به‌صورت ناخواسته وارد نمونه می‌شود. از آنجایی که در ذرات درشت تا حدی اندازه ذرات مورد آزمایش به اندازه ذرات گرد و غبار نزدیک است، بهتر است که نمونه، حد الامکان غلیظ باشد. غلیظ بودن نمونه سبب می‌شود، اثری که ذرات گرد و غبار در جواب آزمایش می‌گذارند، به حداقل برسد و تاثیر ذرات آلاینده را کمرنگ می‌کند.
4-1- حداکثر غلظت در اندازه ذرات بزرگتر از 10 نانومتر
در نمونه‌هایی که اندازه ذرات آنها بزرگتر از (10) نانومتر است، حد و مرزی برای سقف غلظت در این نمونه‌ها مشخص شده‌است. وجود یک خط مرز در غلظت‌های بالا برای ذرات بزرگ، به دلیل وقوع پدیده تفرق چندگانه است. پدیده تفرق چندگانه که سبب به‌وجود آمدن خطا در جواب آزمون می‌شود با افزایش غلظت رابطه مستقیم دارد. در نتیجه با افزایش غلظت، اثر پدیده تفرق چندگانه روی نتایج به‌دست آمده از آزمون نیز بیشتر می‌شود.
با توجه به توضیحات داده شده می‌توان مطالب گفته شده درباره غلظت را به این شکل جمع‌بندی کرد که غلظت در نمونه‌های مورد آزمایش برای آزمون توزیع اندازه ذرات باید یک مقدار بهینه باشد و نمونه‌هایی که دارای غلظت‌هایی کمتر و یا بیشتر از محدوده تعیین شده باشند، می‌توانند سبب بروز اشتباه در جواب آزمون شوند.
با توجه به توضیحات داده شده می‌توان مطالب گفته شده درباره غلظت را به این شکل جمع‌بندی کرد که غلظت در نمونه‌های مورد آزمایش برای آزمون توزیع اندازه ذرات باید یک مقدار بهینه باشد و نمونه‌هایی که دارای غلظت‌هایی کمتر و یا بیشتر از محدوده تعیین شده باشند، می‌توانند سبب بروز اشتباه در جواب آزمون شوند.
5-1- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون وزن مولکولی
ویژگی‌های نمونه آماده‌سازی شده برای انجام آزمون اندازه‌گیری وزن مولکولی دستگاه DLS تا حدودی شبیه به نمونه آماده‌سازی شده مورد استفاده در آزمون تعیین توزیع اندازه ذرات است. البته نکاتی نیز ویژه آزمون تعیین وزن مولکولی است که در اینجا به آن پرداخته می‌شود.
در آزمون اندازه‌گیری وزن مولکولی، نتایج به‌دست آمده به شدت نسبت به گرد و غبار و آلودگی حساس هستند. به همین دلیل یکی از مهمترین نکات در تهیه نمونه برای آزمون مذکور، مراقبت از نمونه تهیه شده در برابر آلودگی است. علاو‌ه‌بر این، کیووت مورد استفاده در این آزمون به هیچ وجه نباید دارای خراش در سطح باشد؛ به همین دلیل از کیووت‌های یکبار مصرف پلی‌استایرن که به آسانی روی سطح آنها خش ایجاد می‌شود، در این آزمون استفاده نمی‌شود. در ضمن، تصفیه دیسپرسانت و حلالی که در آزمون مذکور استفاده می‌شود، برای برطرف شدن آلودگی‌های موجود در آن امری ضروری است. روش‌های مختلفی برای انجام این کار وجود دارد که یکی از روش‌های به کار گرفته شده، روش فیلتراسیون است. رعایت نکردن حذف آلودگی نمونه آماده‌سازی شده در این آزمون، می‌تواند موجب به‌دست آمدن جواب اشتباه از آزمون شود.
در تعیین وزن مولکولی با DLS، آماده‌سازی نمونه باید در چندین غلظت مختلف صورت گیرد. غلظت‌های انتخاب شده معمولا بین (1-0/25) گرم بر لیتر است. برای انجام آزمون وزن مولکولی از مواد پلیمری، دیسپرس شدن ماده پلیمری در حلال به‌طور کامل، از الزامات انجام آزمون است. بعد از اینکه نمونه‌سازی برای انجام آزمون به اتمام رسید، برای اطمینان بیشتر از صحت نتایج به‌دست آمده، بهتر است که نمونه آماده‌سازی شده درون یک محفظه جریان لامینر به مدت (24) ساعت قرار بگیرد. مدت زمان قرارگیری نمونه در این دستگاه درصورت نیاز می‌تواند به چند روز نیز افزایش پیدا کند. با توجه به غلظت‌های مختلف تهیه شده از نمونه و تغییر شدت تفرق پرتوهای نور نسبت به تغییرات غلظت، وزن مولکولی نمونه به‌دست می‌آید. با استفاده از این تغییرات، نموداری بنام نمودار دبی رسم می‌شود که در این نمودار محور Yها شدت متوسط تفرق پرتو نور و محور Xها غلظت است (شکل 2).
در آزمون اندازه‌گیری وزن مولکولی، نتایج به‌دست آمده به شدت نسبت به گرد و غبار و آلودگی حساس هستند. به همین دلیل یکی از مهمترین نکات در تهیه نمونه برای آزمون مذکور، مراقبت از نمونه تهیه شده در برابر آلودگی است. علاو‌ه‌بر این، کیووت مورد استفاده در این آزمون به هیچ وجه نباید دارای خراش در سطح باشد؛ به همین دلیل از کیووت‌های یکبار مصرف پلی‌استایرن که به آسانی روی سطح آنها خش ایجاد می‌شود، در این آزمون استفاده نمی‌شود. در ضمن، تصفیه دیسپرسانت و حلالی که در آزمون مذکور استفاده می‌شود، برای برطرف شدن آلودگی‌های موجود در آن امری ضروری است. روش‌های مختلفی برای انجام این کار وجود دارد که یکی از روش‌های به کار گرفته شده، روش فیلتراسیون است. رعایت نکردن حذف آلودگی نمونه آماده‌سازی شده در این آزمون، می‌تواند موجب به‌دست آمدن جواب اشتباه از آزمون شود.
در تعیین وزن مولکولی با DLS، آماده‌سازی نمونه باید در چندین غلظت مختلف صورت گیرد. غلظت‌های انتخاب شده معمولا بین (1-0/25) گرم بر لیتر است. برای انجام آزمون وزن مولکولی از مواد پلیمری، دیسپرس شدن ماده پلیمری در حلال به‌طور کامل، از الزامات انجام آزمون است. بعد از اینکه نمونه‌سازی برای انجام آزمون به اتمام رسید، برای اطمینان بیشتر از صحت نتایج به‌دست آمده، بهتر است که نمونه آماده‌سازی شده درون یک محفظه جریان لامینر به مدت (24) ساعت قرار بگیرد. مدت زمان قرارگیری نمونه در این دستگاه درصورت نیاز می‌تواند به چند روز نیز افزایش پیدا کند. با توجه به غلظت‌های مختلف تهیه شده از نمونه و تغییر شدت تفرق پرتوهای نور نسبت به تغییرات غلظت، وزن مولکولی نمونه به‌دست می‌آید. با استفاده از این تغییرات، نموداری بنام نمودار دبی رسم می‌شود که در این نمودار محور Yها شدت متوسط تفرق پرتو نور و محور Xها غلظت است (شکل 2).
6-1- غلظت نمونه
عامل غلظت در آزمون وزن مولکولی نیز مانند آزمون توزیع اندازه ذرات، از عوامل مهم آماده‌سازی نمونه به شمار می‌رود؛ به همین دلیل برای این آزمون هم محدوده‌ای برای غلظت تعریف شده‌است.
محدوده غلظت در نمونه‌های آماده‌سازی شده برای این آزمون با توجه به عواملی که قبلا درباره آن صحبت شده، یعنی نرخ پرتوهای تفرق یافته تعیین می‌شود. محدوده غلظت در نمونه‌های تهیه شده با مقایسه نرخ پرتوهای تفرق یافته یک نمونه آماده‌سازی شده با نرخ پرتوهای تفرق یافته محیطی که نمونه درون آن قرار گرفته است، به‌دست می‌آید. نرخ پرتوهای تفرق یافته نمونه‌های تهیه شده در پایین‌ترین غلظت برای انجام این آزمون، باید حداقل (30) درصد بیشتر از نرخ پرتوهای تفرق یافته محیط، بدون وجود ماده مورد بررسی، یعنی دیسپرسانت و یا حلال خالص باشد. برای مثال، اگر محیط در آزمایش، تولوئن فرض شود و نرخ پرتوهای تفرق یافته در آن (150) کیلوکانت در هر دقیقه باشد، پس حداقل غلظت نمونه باید به اندازه‌ای باشد که نرخ پرتوهای تفرق یافته در آن به بیش از (150) کیلوکانت در هر دقیقه برسد که تقریبا برابر با (195) کیلوکانت در هر دقیقه می‌شود. با وجود دقت زیاد در مراحل آماده‌سازی نمونه، امکان فراهم کردن نمونه مناسب با افزایش (10) درصدی نرخ پرتوهای تفرق یافته در نمونه نسبت به محیط خالص نیز وجود دارد ولی برای اطمینان بیشتر، بهتر است که همان افزایش (30) درصدی مورد استفاده قرار گیرد.
حداکثر غلظت در نمونه آماده‌سازی شده برای وزن مولکولی، باید کمتر از حدی باشد که ذرات مورد بررسی نسبت به هم دارای برهم‌کنش شوند. به عبارت ساده‌تر، ذرات نمونه که درون محیط قرار گرفته‌اند، هیچ‌گونه اثری روی یکدیگر نداشته باشند. میزان محدوده غلظتی که برای جلوگیری از چنین پیشامدی در نظر گرفته شده‌است، محدوده غلظتی زیر (0/1) درصد وزنی است.
محدوده غلظت در نمونه‌های آماده‌سازی شده برای این آزمون با توجه به عواملی که قبلا درباره آن صحبت شده، یعنی نرخ پرتوهای تفرق یافته تعیین می‌شود. محدوده غلظت در نمونه‌های تهیه شده با مقایسه نرخ پرتوهای تفرق یافته یک نمونه آماده‌سازی شده با نرخ پرتوهای تفرق یافته محیطی که نمونه درون آن قرار گرفته است، به‌دست می‌آید. نرخ پرتوهای تفرق یافته نمونه‌های تهیه شده در پایین‌ترین غلظت برای انجام این آزمون، باید حداقل (30) درصد بیشتر از نرخ پرتوهای تفرق یافته محیط، بدون وجود ماده مورد بررسی، یعنی دیسپرسانت و یا حلال خالص باشد. برای مثال، اگر محیط در آزمایش، تولوئن فرض شود و نرخ پرتوهای تفرق یافته در آن (150) کیلوکانت در هر دقیقه باشد، پس حداقل غلظت نمونه باید به اندازه‌ای باشد که نرخ پرتوهای تفرق یافته در آن به بیش از (150) کیلوکانت در هر دقیقه برسد که تقریبا برابر با (195) کیلوکانت در هر دقیقه می‌شود. با وجود دقت زیاد در مراحل آماده‌سازی نمونه، امکان فراهم کردن نمونه مناسب با افزایش (10) درصدی نرخ پرتوهای تفرق یافته در نمونه نسبت به محیط خالص نیز وجود دارد ولی برای اطمینان بیشتر، بهتر است که همان افزایش (30) درصدی مورد استفاده قرار گیرد.
حداکثر غلظت در نمونه آماده‌سازی شده برای وزن مولکولی، باید کمتر از حدی باشد که ذرات مورد بررسی نسبت به هم دارای برهم‌کنش شوند. به عبارت ساده‌تر، ذرات نمونه که درون محیط قرار گرفته‌اند، هیچ‌گونه اثری روی یکدیگر نداشته باشند. میزان محدوده غلظتی که برای جلوگیری از چنین پیشامدی در نظر گرفته شده‌است، محدوده غلظتی زیر (0/1) درصد وزنی است.
2- شرایط نمونه آماده‌سازی شده در آزمون پتانسیل زتا
1-2- غلظت نمونه
یکی از عواملی که در نمونه آماده‌سازی شده برای آزمون اندازه‌گیری پتانسیل زتا از اهمیت زیادی برخوردار است، عامل غلظت نمونه است. به‌طور کلی، در دستگاه DLS، چون تفرق نور، پدیده اندازه‌گیری شده برای رسیدن به نتایج آزمون‌ها است و غلظت نمونه‌ها نیز در میزان شدت تفرق نور نقش دارد، لذا این عامل در این دستگاه بسیار حائز اهمیت است و در این آزمون نیز مشابه دو آزمون قبلی، محدوده غلظتی برای نمونه تهیه شده وجود دارد. در آزمون پتانسیل زتا، پرتوهای نور تابیده شده از منبع به دو قسمت پرتو مرجع و پرتو جداکننده تقسیم می‌شود. شدت پرتو مرجع عاملی است که توسط سازنده دستگاه در کارخانه تعیین می‌شود و بر حسب نرخ پرتوهای تفرق یافته در حدود (2000) تا (3500) کیلوکانت در هر دقیقه است. شدت تفرق نور پرتو جداکننده که از درون کیووت حاوی نمونه آماده‌سازی شده می‌گذرد، با استفاده از شناساگری که در یک زاویه مشخص، در جلوی کیووت قرار گرفته، ثبت می‌شود. شدت تفرق پرتو جداکننده که با استفاده از قسمتی از دستگاه بنام تضعیف کننده تنظیم می‌شود، نباید بیشتر از (0/1) پرتو مرجع باشد. تضعیف‌کننده قادر است میزان شدت پرتو ساقط را در یک بازه نسبتا بزرگ تضعیف کند. به همین دلیل است که شفاف بودن نمونه مورد آزمایش برای آزمون پتانسیل زتا بسیار حائز اهمیت است و نمونه در این آزمون باید کاملا شفاف باشد(شکل3).
محدوده غلظت در آزمون پتانسیل زتا وابسته به عوامل زیر است:
- خواص نوری ذره؛
- اندازه ذره؛
- میزان غیریکنواختی توزیع اندازه ذرات.
دیسپرسانت نیز نقش مهمی در این آزمون دارد. در واقع، بیان اندازه پتانسیل زتا بدون بیان این مطلب که پتانسیل زتای به‌دست آمده برای ماده در چه دیسپرسانتی حاصل شده، بی معنی است. تعیین محدوده غلظت برای آزمون مذکور به دلیل اینکه عوامل زیادی در آن دخالت دارند یک مقدار مشخصی نیست و تا حدودی این بازه به‌طور تجربی توسط خود کاربر تعریف می‌شود. اما تا اندازه‌ای می‌توان برای آن محدوده‌هایی را مشخص کرد.
حداقل غلظت در نمونه‌های آماده‌سازی شده در این آزمون باید به‌گونه‌ای باشد که نرخ پرتوهای تفرق یافته از (20) کیلوکانت در هر دقیقه کمتر نشود. برای تعیین مقدار غلظت، سه عامل تاثیرگذار بر پتانسیل زتا باید لحاظ شود و با توجه به این عوامل، نمونه تهیه شود. به‌عنوان مثال، برای نمونه دی‌اکسید تیتانیوم، با حدود اندازه ذره (300) نانومتر، که از نظر خواص نوری دارای ضریب شکست بالایی است میزان غلظت نمونه تهیه شده در محدوده (6-10) درصد وزنی، می‌تواند مناسب باشد. اگر اندازه ضریب شکست نمونه پایین بود و اختلاف چندانی با دیسپرسانت نداشته باشد که نمونه‌های پروتئینی با دیسپرسانت آب می‌تواند برای این دسته از نمونه‌ها به‌عنوان مثال مطرح شود، محدوده غلظتی در حدود (0/1-1) درصد وزنی تعریف می‌شود. به همین ترتیب با توجه به ضریب شکست ذره، اندازه و میزان غیریکنواختی نمونه، غلظت آن به‌طور تجربی مشخص می‌شود.
حداکثر غلظت نیز در آزمون مذکور، وابسته به عواملی است که در بالا به آنها اشاره شد. اگر غلظت نمونه برای انجام این آزمون بیش از حد باشد، پرتوهای نور متفرق شده‌ای که از زاویه مشخص، با شناساگر ثبت می‌شوند، کاهش می‌یابند و این مسئله باعث می‌شود که مقدار پرتوهای متفرق شده برای انجام این آزمون، کافی نباشد. البته این مشکل تا حدودی با استفاده از تضعیف کننده با تغییر ضریب تضعیف که روی پرتو جداکننده اعمال می‌شود، برطرف می‌شود که این راه حل همیشه جوابگو نیست. برای اینکه این مشکل برطرف شود، نمونه موردنظر را رقیق می‌کنند که این رقیق‌سازی نمونه باید در شرایط خاصی انجام شود.
دیسپرسانتهایی که برای رقیق‌سازی نمونه مورد استفاده قرار می‌گیرند را می‌توان به دو دسته زیر تقسیم کرد:
حداقل غلظت در نمونه‌های آماده‌سازی شده در این آزمون باید به‌گونه‌ای باشد که نرخ پرتوهای تفرق یافته از (20) کیلوکانت در هر دقیقه کمتر نشود. برای تعیین مقدار غلظت، سه عامل تاثیرگذار بر پتانسیل زتا باید لحاظ شود و با توجه به این عوامل، نمونه تهیه شود. به‌عنوان مثال، برای نمونه دی‌اکسید تیتانیوم، با حدود اندازه ذره (300) نانومتر، که از نظر خواص نوری دارای ضریب شکست بالایی است میزان غلظت نمونه تهیه شده در محدوده (6-10) درصد وزنی، می‌تواند مناسب باشد. اگر اندازه ضریب شکست نمونه پایین بود و اختلاف چندانی با دیسپرسانت نداشته باشد که نمونه‌های پروتئینی با دیسپرسانت آب می‌تواند برای این دسته از نمونه‌ها به‌عنوان مثال مطرح شود، محدوده غلظتی در حدود (0/1-1) درصد وزنی تعریف می‌شود. به همین ترتیب با توجه به ضریب شکست ذره، اندازه و میزان غیریکنواختی نمونه، غلظت آن به‌طور تجربی مشخص می‌شود.
حداکثر غلظت نیز در آزمون مذکور، وابسته به عواملی است که در بالا به آنها اشاره شد. اگر غلظت نمونه برای انجام این آزمون بیش از حد باشد، پرتوهای نور متفرق شده‌ای که از زاویه مشخص، با شناساگر ثبت می‌شوند، کاهش می‌یابند و این مسئله باعث می‌شود که مقدار پرتوهای متفرق شده برای انجام این آزمون، کافی نباشد. البته این مشکل تا حدودی با استفاده از تضعیف کننده با تغییر ضریب تضعیف که روی پرتو جداکننده اعمال می‌شود، برطرف می‌شود که این راه حل همیشه جوابگو نیست. برای اینکه این مشکل برطرف شود، نمونه موردنظر را رقیق می‌کنند که این رقیق‌سازی نمونه باید در شرایط خاصی انجام شود.
دیسپرسانتهایی که برای رقیق‌سازی نمونه مورد استفاده قرار می‌گیرند را می‌توان به دو دسته زیر تقسیم کرد:
- دیسپرسانت‌های قطبی یا آبی نظیر آب و اتانول، که این دیسپرسانت‌ها با استفاده از ضریب دی‌الکتریک از دیسپرسانت‌های غیرآبی تفکیک می‌شوند. دیسپرسانتهایی که ضریب دی‌الکتریک آنها بیشتر از (20) باشد جزء این دسته از دیسپرسانت‌ها قرار می‌گیرند.
- دیسپرسانت‌های غیرقطبی به دیسپرسانتهایی که ضریب دی‌الکتریک آنها کوچکتر از (20) باشد، اطلاق می‌شود و هیدروکربن‌ها جزء این دسته از دیسپرسانت‌ها هستند.
3- 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
