Angles de détection multiples dans des analyses de diffusion dynamique de la lumière

Diffusion dynamique de la lumière (DLS) est une technologie couramment utilisée pour analyser la taille et la distribution des nanoparticules. Différents instruments basés sur DLS détectent la lumière diffusée par des nanoparticules à différents angles, chacun d’entre eux étant adapté pour analyser des types d'échantillons spécifiques.

Un aspect de l'instrumentation basée sur la DLS est l'angle d'analyse auquel l'instrument mesure. La plupart des instruments disponibles dans le commerce ne détectent que la lumière diffusée à 90° ou 175°. Pour comprendre pourquoi, il faut d'abord prendre du recul : la diffusion dynamique de la lumière (DLS) est une technique qui utilise un laser pour éclairer des particules en suspension et mesure ensuite les changements dans la lumière diffusée qui revient de l'échantillon. Le principe de mesure permet des mesures de taille de particules car la lumière diffusée crée un « motif de grain » sur le détecteur qui change au fil du temps. Le taux auquel il change indique la vitesse des particules en suspension qui est ensuite liée à leur taille. Maintenant, la lumière qui se disperse à partir de l'échantillon est dispersée dans toutes les directions, mais souvent seuls quelques angles spécifiques sont mesurés.

Il y a un certain nombre d'avantages à détecter la lumière à des angles spécifiques. Le terme "angle de retour" ou "diffusion arrière" est utilisé pour décrire la lumière qui est diffusée vers l'arrière en direction du faisceau laser incident, souvent mesurée à 175°. « La diffusion latérale » est le terme utilisé pour la lumière diffusée à 90° perpendiculaire au faisceau et « la diffusion avant » est utilisée pour la lumière diffusée à 15°, essentiellement dans la même direction que le faisceau. Maintenant, pourquoi les différences ? Une des hypothèses concernant la technologie DLS est qu'un photon de lumière est diffusé une fois avant de sortir de l'échantillon et d'être détecté. Si un photon est diffusé par plusieurs particules (événements de diffusion multiple), le détecteur ne pourra pas corréler avec précision le taux de changement de motif avec la taille de la particule. Donc, comme discuté précédemment, pour des échantillons à concentration relativement élevée, un mode de "angle de retour" ou de "diffusion arrière" est utile car le photon a moins de volume d'échantillon à traverser et est donc moins susceptible de rencontrer plusieurs particules et de subir plusieurs événements de diffusion, lors de la mesure près du mur de la cuvette d'échantillon. Un mode de « diffusion latérale » est souvent utilisé pour des échantillons faiblement diffusants contenant des particules plus petites. De tels échantillons peuvent potentiellement être difficiles à analyser en utilisant l'angle arrière car la flare causée lorsque le laser frappe le mur de la cuvette submerge le signal de diffusion de l'échantillon. Les mesures des angles latéraux évitent avec succès de tels problèmes et conduisent à des rapports signal-bruit significativement meilleurs. La diffusion avant est utile pour les échantillons contenant un mélange de nombreuses petites particules et quelques particules ou agrégats plus gros. Cet angle permet une mesure optimale pour pouvoir détecter en même temps les plus petites particules, moins diffusantes, ainsi que les plus grosses particules, très diffusantes.

Des systèmes DLS plus avancés peuvent analyser automatiquement la transmittance de l'échantillon, ou la lumière traversant l'échantillon, et initier une mesure en utilisant l'angle optimal pour cet échantillon spécifique. D'autres instruments permettent des mesures sous de nombreux angles et permettent ainsi un contrôle total de l'utilisateur sur l'angle qui pourrait être d'intérêt. Enfin, certains instruments utilisent une lentille pour déplacer réellement la position de mise au point du laser dans l'échantillon, afin d'optimiser la mesure. Pour les échantillons à forte diffusion et à haute concentration, la diffusion arrière est souvent utilisée, ainsi que le déplacement de la position de mise au point du laser vers la paroi intérieure de la cuvette la plus proche du laser, réduisant ainsi la probabilité de diffusion multiple.

La question principale qui se pose lors de l'examen d'un système DLS est quels angles de détection l'instrument peut mesurer et lesquels sont les plus adaptés aux types d'échantillons en question. De plus, il est important de savoir si la position de mise au point du laser peut être ajustée automatiquement pour optimiser la mesure, en fonction de l'échantillon. Le Litesizer™ 500 d'Anton Paar permet l'analyse de la taille des particules à trois angles (15°, 90° et 175°) et facilite ainsi l'analyse de la plus large gamme de types d'échantillons de particules, de tailles et de concentrations.