Zetasizer Nano and nano particles

Le Zetasizer Nano mesure la taille des particules dans un liquide jusqu'à moins d'un nanomètre en observant le mouvement thermique, ou le mouvement Brownien de la particule. La taille des particules est mesurée en analysant la diffusion de la lumière du laser par les particules et en déterminant le coefficient de diffusion et ainsi la taille des particules grâce à la relation de Stokes-Einstein. Cette méthode est appelée diffusion dynamique de la lumière.

Mesurer la taille des nanoparticules
Il y a peu d'instruments d'analyse permettant de mesurer la taille de particules en solution quand la taille voisine le nanomètre. Ce sont toutes des techniques d'imagerie, comme la microscopie électronique, ou la microscopie à force atomique, qui produisent un balayage qui reconstitue l'image du matériau.

Toutes ces techniques sont coûteuses en termes de prix d'achat d'équipement ou en termes de temps et d'expertise requis pour produire une image utile.

Elles souffrent aussi d'un problème statistique du fait que peu de particules sont observées, à moins qu'un grand nombre de mesures soient effectuées.

Les techniques d'imagerie sont-elles la meilleure option ?
Un avantage de ces techniques est qu'une autre information est obtenue comme la forme et la structure de la surface.

Une subtilité qui passe souvent inaperçue et qui pause des problèmes dans l'interprétation des données est que si une taille est calculée, elle est naturellement faite au moyen d'une distribution de taille pondérée par le nombre de particules. Calculer le nombre implique d'ajouter le nombre de particules d'une taille particulière dans une « classe », la taille moyenne calculée à partir de cette distribution, donne un poids égal à chaque particule.

Cela veut dire que comme il y a habituellement beaucoup plus de petites particules que de grandes dans un échantillon réel, la pondération est faite selon la taille du plus grand nombre de particules présentes, donc les plus petites. Cela est très bien si la taille des petites particules est exigée mais cependant si la mesure exige la connaissance du volume des particules, ou une détection de la présence d'agrégats, alors compter le nombre de particules s'avère inutile.

La diffusion dynamique de la lumière (DLS)
Comme la diffusion dynamique de la lumière est sensible à l'intensité de la lumière diffusée par les particules et que les particules les plus grandes dispersent plus de lumière que les petites, alors la DLS est très sensible à la présence d'agrégats, et par conséquent cette technique est une excellente base pour étudier la stabilité des dispersions de nanoparticules.

Pourquoi avons-nous besoin d'un système sensible ?
La sensibilité est importante pour la mesure des nanoparticules car la quantité de lumière diffusée diminue selon le diamètre à la puissance 6. En d'autres termes, une particule de 1nm diffuse un millionième de la quantité de lumière diffusée par une particule de 10nm.

Le Zetasizer Nano utilise la technologie brevetée NIBS pour augmenter la sensibilité de détection. Si l'on combine la haute sensibilité du système de détection grâce à la photodiode à avalanche qui possède quantum d'efficacité de plus de 60% (comparé au quantum de 4% des détecteurs traditionnels tels que les photomultiplicateurs), cela explique pourquoi le système est le plus sensible, actuellement disponible.

Sans ce niveau de sensibilité, il serait facile de mesurer la taille de particules de 20 à 100nm, mais ce serait difficile en dessous de 10nm et cela deviendrait complètement impossible pour les particules de 1nm.

Même avec des volumes équivalents de particules, une sensibilité 1000 fois plus grande est nécessaire pour mesurer une particule de 1nm par rapport à une particule de 10 nm.

Les manières d'améliorer la sensibilité
La première option pour augmenter la sensibilité consiste à augmenter la puissance du laser. Cependant une fois que l'on a compris que l'augmentation d'un facteur d'ordre 3 est nécessaire, alors il est facile de se rendre compte que multiplier par 2 ou par 10 la puissance du laser ne vous mènera pas très loin. Beaucoup de systèmes utilisent un laser hélium-néon de basse puissance, celui du Zetasizer Nano possède une puissance de 4 mW.

Pour obtenir l'augmentation de sensibilité fournie par le Zetasizer nano en augmentant la puissance du laser, cela exigerait l'utilisation d'un laser de 4 Watt. Cela peut avoir d'importantes conséquences en termes de prix, et en termes de taille d'appareil et de coût de maintenance. Cela serait loin d'être idéal comparé à un appareil de faible encombrement et meilleur marché.

En plus de cela, l'illumination de particules avec une puissance aussi élevée peut modifier la particule d'un grand nombre de manières ; l'une d'entre elles étant la puissance absorbée qui affectera la vitesse de diffusion et la viscosité locale du milieu, chacune causera des erreurs. Ainsi l'augmentation de la puissance du laser n'est pas une solution de choix.

La sensibilité du Zetasizer n'est pas suffisante à elle seule pour justifier l'efficacité de la technique, l'appareil doit être également facile à utiliser. La technique NIBS permet donc de mesurer des systèmes dilués ou concentrés grâce à des réglages ajustés entièrement automatiquement.

Le logiciel a été conçu pour fournir les spécifications exigées par un chercheur, sans compromettre la facilité de mesures journalières. L'une des façons pour réaliser cela est d'utiliser des réglages prédéfinis de mesures (SOP), qui permettent de faire des mesures d'un simple clic.