Principios de análisis instrumental

858 Capítulo 34 Determinación del tamaño de partícula <« Lente Celda de muestra L___ L_á_se_r__ ~~------~· ·~------,-6) D ""'"'"" ,,, h., (}-1- , cp Aberturas ---::1--/ Tubo fotomultiplicador Amplificador y discriminador Computadora con correlacionador FIGURA 34.7 Configuración instrumental característica para la DDL. Una fuente láser incide en la muestra que por lo general es una suspensión bien agitada. La radiación dispersada que contiene la información de ensanchamiento Doppler incide en un tubo fotomulti – plicador. Se emplea procesamiento de señal de conteo de fotones. La función de autocorrelación de la señal de dispersión se calcula y usa para obtener el coeficiente de difusión traslacional Dr. que se rela– ciona después con el tamaño de partícula. como fuente en la DDL. Los láseres de He-Ne (632.8 nm) y los láseres de Ar+ (488.0 y 514.5 nm) son las fuentes más comunes. Los láseres de diodo a 650 nm se utilizan también en algunos instrumentos. El haz láser se enfoca en la mitad de la celda de muestra que contiene las partículas de interés suspendidas en un líquido. Celda de muestra y manejo de la muestra Se emplea por lo común una celda de muestra tipo cubeta que está rodeada por un líquido que se mantiene a una temperatura constante. El índice de refracción de este líquido se compara con el del medio de suspensión. La muestra debe estar bien dispersa en el medio de suspen– sión. Esto se realiza mediante agitación suave y a veces con agita– ción ultrasónica. Demasiada agitación puede causar aglutinamiento de algunos materiales y fractura de partículas en otros. Los disol– ventes deben filtrarse con cuidado para evitar partículas de polvo y otros contaminantes que pueden causar dispersión. Debe haber una diferencia en el índice de refracción del medio de suspensión y el de la fase dispersa, y se debe conocer el índice de refracción del disolvente. También, se debe saber la viscosidad a la temperatura de medición de modo que pueda aplicarse la relación de Stokes-Eins– tein (ecuación 34.8). La concentración de la muestra que se utilizará, depende del tamaño de partícula, la potencia del láser y el índice de refrac– ción de la partícula. El límite superior de concentración es deter– minado por múltiples fenómenos de dispersión, en los que la luz que dispersa una partícula es dispersada de nuevo por otra. Las concentraciones máximas dependen del tamaño, pero en el caso de una dispersión fuerte una concentración máxima de 0.0 l% es característica para partículas de lOO nm. El límite inferior de con– centración se determina por el número de partículas en el volu– men de dispersión. De ordinario, se necesitan por lo menos 1000 partículas. Se requiere cierto ensayo y error para obtener la con– centración apropiada. Fotodetector La luz dispersada se mide a un ángulo e, normalmente 90°, desde el haz incidente. La luz dispersada que choca contra la superfi– cie del fotodetector actúa como un mezclador no lineal. El tubo fotomultiplicador es el fotodetector más común. La salida del TFM se puede procesar mediante técnicas de conteo de fotones o como una fotocorriente análoga (véase la sección 7F.l). La infor– mación del tamaño de partícula se obtiene después de un análisis de correlación de la señal procesada como se explicó antes. Los fotodiodos han sido utilizados también en algunos instrumentos de DDL comerciales. Además, los fotodetectores duales se han empleado junto con el procesamiento de correlación cruzada para eliminar las contribuciones de la dispersión múltiple. 34C.3 Aplicaciones Hay muchas aplicaciones de la técnica de DDL. Se le ha usado para determinar el tamaño de partículas de polímeros reticulados, resi– nas y para supervisar el crecimiento de partículas durante procesos de emulsificación y polimerización. Las micelas y las microemul– siones se han estudiado por medio de métodos de DDL, que tam– bién son ampliamente aplicables a la investigación de biopolímeros y biocoloides. Se ha usado también para estudiar polipéptidos sintéticos, ácidos nucleicos, ribosomas, vesículas, virus y fibras musculares. 34D FOTOSEDIMENTACIÓN Uno de los tipos más importantes de analizadores de tamaño de partícula es el defotosedimentación. 5 Un analizador de fotosedi– mentación determina la distribución del tamaño de partícula al medir con medios fotométricos la velocidad a la cual sedimentan las partículas en un líquido. Considere varios tamaños de par– tícula del mismo material agitado de forma continua en un líquido, de modo que esté distribuido de manera homogénea. Cuando se detiene la agitación, las partículas comienzan a sedimentar. Las partículas más grandes caen más rápido, las de tamaño interme– dio menos rápido y así sucesivamente. En cualquier instante des- 5 Para más información, véase T. Allen, Particle Size Measurement, vol. 1, Sa. ed., London: Chapman & Hall, 1997; C. Bernhardt, Particle Size Analysis, London: Chapman & Hall, 1994.