تعيين توزيع اندازه ذرات كروي تك‌پراكننده و دو‌پراكننده در محدوده نانومتر و زير- ميكرون با استفاده از تحليل تجمعي و الگوريتم تداومي در پراكندگي ديناميكي نور

Determination of the size distribution of monodesperse and bidisperse mixtures of spherical particles in the nanometer and submicron size range by applying cumulant analysis and contin algorithm in dynamic light scattering

تعيين اندازه ذرات يكي از نياز‌هاي مهم در صنعت و بيوتكنولوژي به شمار مي‌رود. پراكندگي ديناميكي نور (DLS) يكي از پركاربرد‌ترين روش‌ها در تعيين توزيع اندازه ذرات كروي در مقياس نانو و زير- ميكرون است. در اين روش الگوريتم‌هاي متفاوتي براي تعيين اندازه و توزيع اندازه ذرات وجود دارد، كه با توجه به دقت مورد نياز و همچنين نمونه مورد آزمايش انتخاب مي‌شوند. در اين پژوهش، مروري بر نظريه پراكندگي ديناميكي نور و الگوريتم‌هاي متداول تعيين اندازه ذرات انجام شده است. دقت و محدوده عملكرد تحليل تجمعي (cumulant) و الگوريتم تداومي (contin) در بازه گسترده‌اي از اندازه ذرات استاندارد پلي‌استايرن در محدوده نانو و زير- ميكرون (900-20 نانومتر) به صورت تجربي بررسي مي‌شود. نشان داده مي‌شود كه اندازه ذرات استاندارد به دست آمده توسط هر دو الگوريتم، با اندازه گزارش شده توسط شركت سازنده مطابقت دارد. از آنجا‌يي‌كه اغلب نمونه‌هاي مورد بررسي ذرات هم‌اندازه با توزيع اندازه باريك نيستند، نمونه‌هاي تركيبي متشكل از دو ذره استاندارد با اندازه متفاوت، توسط هر دو رهيافت براي بررسي عملكرد DLS در نمونه‌هاي غيراستاندارد مورد آزمايش قرار گرفتند. تحليل تجمعي اندازه‌اي را گزارش مي‌كند كه با اندازه هيچكدام از ذرات برابر نيست. اما مقدار شاخص بس ‌پراكندگي نشان‌دهنده توزيع اندازه بسيار گسترده نمونه است. الگوريتم تداومي هم تنها يك اندازه را گزارش مي‌كند كه با اندازه هيچكدام از ذرات برابر نيست اما به اندازه ذره بزرگ‌تر نزديك است. نتايج به دست آمده از هر دو الگوريتم نشان‌دهنده عدم توانايي روش پراكندگي ديناميكي نور در تعيين اندازه ذرات در نمونه‌هاي تركيبي مورد آزمايش است

Determination of particle size is one of the major needs in the industry and biotechnology. Dynamic light scattering (DLS) is a widely used technique for determining size distribution of spherical particle in nanometer and submicron size range. In this method, there are different algorithms for determining the size and size distribution of particles, which are selected according to the required accuracy as well as the sample. In this paper, a review of the theory of DLS and commonly used algorithms to determine particle size, have been carried out. The accuracy and performance range of the two common Cumulant analysis and Contin algorithm have been experimentally investigated, by using the wide range of sizes (20-900 nanometer) of standard spherical polystyrene particles. It is shown that both algorithms results are quite consistent with the manufacturer’s values for diameter of particles. Since most of the samples in the more common situation are not uniform particles with a narrow size distribution, mixtures of two standard particles of different sizes were studied by both algorithms to test the performance of DLS in non-standard samples. Method of Cumulant reports one size that is not consistent with the size of any particles in the sample. However, the polidispersity index (PDI) indicates that the sample size distribution is very wide. Method of Contin reports only one size that is not also consistent with the size of any particles, but, it is closer to the larger one. The results of both algorithms indicate that the DLS fails to determine size distribution in the mixed samples