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應(yīng)用案例

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繞地球一周需要多少黃金?

發(fā)表時(shí)間:2024-12-17瀏覽量:48

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摘要:納米金顆粒的應(yīng)用很廣泛,比如醫(yī)藥領(lǐng)域。其平均粒徑和分布對于確定它們在特定應(yīng)用中的性能至關(guān)重要。雖然透射電子顯微鏡(TEM)能夠顯示納米粒子的形狀,但它無法給出具有統(tǒng)計(jì)意義的平均粒徑及其分布。動(dòng)態(tài)光散射(DLS)是一種理想的測量粒徑分布的技術(shù),本文展示了DLS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并探討了不同加權(quán)方式下分布的差異。




引言

為了回答標(biāo)題的問題,我們選擇了直徑為5nm的納米金顆粒,并假設(shè)它是單分散的(事實(shí)上,本文的一個(gè)目的就是探討單分散性的含義)。地球的平均周長為40,000公里,即4 x 1016納米,所以我們需要8 x 1015個(gè)直徑為5nm的金顆粒。這么多金顆粒的總體積約為5 x 10-4立方厘米,金的密度是19.3克/立方厘米,因此僅需要大約9.6毫克的金!當(dāng)然,我們的主要目標(biāo)是驗(yàn)證納米金顆粒的大小是否準(zhǔn)確,并確定其分布是否為單一粒徑。




實(shí)驗(yàn)方法

選用購自nanoComposix Inc 的NanoXact 5nm納米金顆粒,濃度為0.05mg/mL,使用鞣酸作為表面活性劑。樣品說明書顯示樣品為單分散,CV值8-15%,平均粒徑5.0±2 nm。制造商提供的透射電子顯微鏡(TEM)圖片見圖1。


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圖 1:nanoComposix Inc. 5nm金納米顆粒TEM圖片

 

動(dòng)態(tài)光散射(DLS)測量使用布魯克海文公司NanoBrook Omni進(jìn)行,儀器配備了額定功率40mW、波長為640nm的半導(dǎo)體激光器。樣品池選用50μL的 BI-SM50,測量十次,結(jié)果見表1。


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表 1:使用NanoBrook Omni測量nanoComposix 5nm金顆粒的結(jié)果 


表1顯示DLS測得的平均水合直徑為 (10.28 ± 1.9%) nm,且重復(fù)性非常好。然而,粒子的標(biāo)稱尺寸為5nm,這是否意味著所有粒子都形成了雙聚體?我們注意到樣品的多分散指數(shù)(PDI)遠(yuǎn)大于0,這表明樣品有一定的分布寬度,因此使用最小二乘法(NNLS)進(jìn)行了多峰擬合。結(jié)果顯示樣品為雙峰分布,其中約25%的散射光來自 (5.18 ± 1.9%) nm的粒子,該粒徑與預(yù)期結(jié)果非常一致;而約75%的散射光則來自 (14.5 ± 4.1%) nm的粒子,這個(gè)粒徑值約為預(yù)期尺寸的三倍。當(dāng)把加權(quán)方式從光強(qiáng)加權(quán)轉(zhuǎn)換為數(shù)量加權(quán)后,有趣的事情發(fā)生了--所有結(jié)果為單峰且峰值平均值為 (4.96 ± 1.8%) nm,完全符合預(yù)期!

 

那么,加權(quán)方式是如何轉(zhuǎn)換的呢?


布魯克海文儀器公司為用戶提供的ParticleSolution軟件可“一鍵”解決:只需選中需要處理的數(shù)據(jù),然后選擇多峰模型,就可以自由切換光強(qiáng)加權(quán)和數(shù)量加權(quán)下的粒徑分布圖(如圖2),且提供詳細(xì)的原始分布數(shù)據(jù)。


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圖2:表1中第9次測試結(jié)果的光強(qiáng)加權(quán)和數(shù)量加權(quán)分布圖




總結(jié)

透射電子顯微鏡(TEM)這種圖像分析對于確定顆粒形狀是可行的,但不適合通過統(tǒng)計(jì)分析得到粒徑分布。動(dòng)態(tài)光散射(DLS)可以觀測到散射體積中千千萬萬個(gè)顆粒,避免了單顆粒計(jì)數(shù)方法中存在的統(tǒng)計(jì)問題。此外,即使是相對較少的多聚體粒子(如該納米金顆粒樣品中的三聚體),在強(qiáng)度加權(quán)的粒徑分布中也能明顯體現(xiàn)出來;但由于數(shù)量很少,數(shù)量加權(quán)結(jié)果顯示的5nm單峰分布與預(yù)期結(jié)果完全吻合。

Q

那么,問題又來了,圍繞地球一周需要多少黃金呢?


期待你的留言。

原文鏈接:

https://www.brookhaveninstruments.com/how-many-au-nanoparticles-does-it-take-to-circle-the-earth/

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