آنالیز اندازه‌گیری ذرات یکی از ابزارهای مهم در علم و فناوری‌های مختلف است که در اندازه‌گیری و تحلیل اندازه و توزیع اندازه ذرات در محلول‌ها و مواد جامد استفاده می‌شود. یکی از تکنیک‌های پرکاربرد برای اندازه‌گیری اندازه ذرات، آنالیز دینامیکی نور پخش (DLS) است. این روش به‌ویژه در علم مواد، داروسازی، شیمی و بیوتکنولوژی کاربردهای زیادی دارد. در این مقاله از گروه آنالیز آزمایشگاهی مهراندیش، به بررسی فرآیند آنالیز DLS، اصول آن، کاربردها، مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.
-
تعریف DLS (Dynamic Light Scattering)
DLS که به‌عنوان دینامیک نور پخش شناخته می‌شود، یک تکنیک نوری است که برای اندازه‌گیری اندازه ذرات نانو تا میکرو مقیاس در محلول‌های مایع یا در محیط‌های معلق استفاده می‌شود. این روش بر اساس اصول پخش نور استوار است، به این معنی که وقتی نور به ذرات موجود در محلول تابیده می‌شود، نور پراکنده می‌شود و ویژگی‌های آن تغییر می‌کند. تغییرات در این نور پراکنده‌شده به‌وسیله حرکت ذرات مرتبط است.
در DLS، اندازه ذرات از طریق اندازه‌گیری تغییرات شدت نور پراکنده‌شده در زمان‌های مختلف به دست می‌آید. حرکت ذرات به‌طور تصادفی در محیط (که به آن حرکت براونی گفته می‌شود) باعث می‌شود که نور پراکنده‌شده در طول زمان تغییراتی پیدا کند. سرعت این تغییرات با اندازه ذرات ارتباط مستقیم دارد؛ ذرات بزرگتر کندتر حرکت می‌کنند و تغییرات نور پراکنده‌شده در آن‌ها به‌آرامی رخ می‌دهد، در حالی که ذرات کوچکتر حرکت سریع‌تری دارند و تغییرات نوری سریع‌تر هستند.
-
اصول فنی آنالیز DLS
در تکنیک DLS، نور متمرکز بر روی نمونه به‌وسیله لیزر یا منبع نوری دیگر تابیده می‌شود. ذرات موجود در نمونه باعث پراکندگی نور می‌شوند. این نور پراکنده‌شده به یک آشکارساز (مانند فتودیود یا دوربین) هدایت می‌شود. اطلاعات مربوط به تغییرات شدت نور پراکنده‌شده به‌وسیله تغییرات زاویه‌ای و زمانی اندازه‌گیری می‌شود. سپس با استفاده از مدل‌های ریاضی و تحلیل داده‌ها، اندازه ذرات موجود در نمونه تعیین می‌شود.
آنالیز DLS به‌طور عمده دو نوع داده را بررسی می‌کند:
- توزیع اندازه ذرات: این داده‌ها نشان‌دهنده پراکندگی اندازه ذرات موجود در نمونه هستند.
- نیمه‌عمر حرکت براونی (τ): این داده‌ها نشان‌دهنده زمان مورد نیاز برای ذرات جهت طی کردن یک مسافت معین در محلول هستند. این داده‌ها می‌توانند برای تعیین اندازه ذرات و سرعت حرکت آن‌ها استفاده شوند.
-
محاسبات در آنالیز DLS
پس از جمع‌آوری داده‌های پراکندگی نور، آن‌ها به‌وسیله یک الگوریتم تحلیلی مانند تبدیل فوریه یا الگوریتم همبستگی خودکار (Auto-Correlation Function) پردازش می‌شوند. این تحلیل‌ها به محاسبه توزیع اندازه ذرات کمک می‌کنند.
در حقیقت، با بررسی نحوه تغییرات شدت نور در زمان‌های مختلف، می‌توان به‌طور غیرمستقیم به اندازه و توزیع اندازه ذرات پی برد. استفاده از تبدیل فوریه برای تجزیه و تحلیل داده‌ها کمک می‌کند تا اطلاعاتی در مورد اندازه ذرات و ویژگی‌های حرکت آن‌ها بدست آید.
-
مزایا ی آنالیز DLS
دقت بالا: DLS توانایی اندازه‌گیری دقیق اندازه ذرات در محدوده نانو متر و میکرو متر را دارد.
روش غیر تخریبی: آنالیز DLS بدون تماس فیزیکی با نمونه انجام می‌شود و به همین دلیل مناسب برای مواد حساس است.
ساده و سریع: این روش می‌تواند به‌سرعت و با حداقل نمونه‌برداری اندازه ذرات را تعیین کند.
مناسب برای انواع مواد: از این روش می‌توان برای اندازه‌گیری ذرات در انواع محلول‌ها (آبی، روغنی، و غیره) استفاده کرد.
-
کاربردهای آنالیز DLS
آنالیز DLS در بسیاری از صنایع و زمینه‌ها کاربرد دارد که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:
الف) داروسازی و بیوتکنولوژی
یکی از کاربردهای اصلی DLS در صنعت داروسازی، آنالیز نانوذرات دارویی است. اندازه ذرات در سیستم‌های دارویی نانو نقش حیاتی در تجزیه و جذب دارو دارد. DLS به‌طور خاص برای ارزیابی اندازه نانوذرات و توزیع اندازه آن‌ها استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که ذرات در اندازه‌های مطلوب برای اثر بخشی دارو قرار دارند.
ب) شیمی و علم مواد
در علم شیمی، اندازه‌گیری اندازه ذرات در محلول‌ها یا مواد پودری از اهمیت زیادی برخوردار است. به‌ویژه در فرآیندهای سنتز نانو مواد و آلیاژهای خاص، DLS به‌عنوان ابزاری برای کنترل کیفیت و اندازه‌گیری دقیق اندازه ذرات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ج) آب و فاضلاب
در تحلیل کیفیت آب، DLS می‌تواند برای اندازه‌گیری ذرات معلق در آب استفاده شود. این ابزار کمک می‌کند تا ذرات معلق در آب و ویژگی‌های آن‌ها مورد ارزیابی قرار گیرند.
-
نتیجه‌گیری
آنالیز دینامیکی نور پخش (DLS) یکی از تکنیک‌های موثر و کارآمد در اندازه‌گیری اندازه ذرات در مواد مختلف است. این روش با استفاده از پدیده پراکندگی نور، اطلاعات دقیقی در مورد اندازه ذرات و توزیع آن‌ها فراهم می‌آورد. DLS به‌ویژه در صنایع داروسازی، شیمی، علم مواد و بیوتکنولوژی کاربردهای وسیعی دارد. هرچند که این تکنیک مزایای زیادی از جمله دقت بالا، روش غیر تخریبی و سرعت بالا دارد، معایبی نیز دارد که می‌تواند دقت آن را در شرایط خاص محدود کند.
ثبت ديدگاه