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NANOPHOX

Partikelgrößenanalyse bei Nanopartikeln in opaken Suspensionen von 0,5 nm bis 10.000 nm basierend auf dynamischer Lichtstreuung

Allgemein nutzt man zur Charakterisierung von Nanopartikeln die Erfassung der Streulichtintensitäten thermisch bewegter Partikel in Suspensionen (Prinzip der dynamischen Lichtstreuung (DLS)). Die im NANOPHOX realisierte Photonenkreuzkorrelationsspektroskopie (PCCS) eröffnet hoch auflösende Analysen der Größe von Nanopartikeln in einem Größenbereich von 0,5 nm bis 10.000 nm mit nur geringem Probenaufwand in hochkonzentrierten Zustand. Partikelgröße, Verteilungsbreite und Polydispersität werden mit dieser Variante der dynamischen Lichtstreuung ebenso zuverlässig bestimmt wie die Stabilität der Dispersion.

Die Anwendung der Kreuzkorrelationstechnik erlaubt die Berechnung der Partikelgrößenverteilung ohne Einflüsse der Mehrfachstreuung. Die Amplitude der Kreuzkorrelationsfunktion, die von dem Anteil der Mehrfachstreuung abhängt, ermöglicht die direkte Messung von Veränderungen der Partikelanzahl und Partikelgröße. Differenzierte Messungen von Agglomerations- und Sedimentationsverhalten sowie Aussagen über spezielle Effekte, wie Partikel-Partikel-Wechselwirkungen und Viskositätsänderungen von hochkonzentrierten Proben sind dadurch möglich. NANOPHOX ist für die Forschung und Entwicklung sowie industrielle Qualitätssicherung geeignet. Typische Applikationen sind Polymersuspensionen und -emulsionen, pharmazeutische Emulsionen, Tinte sowie die generelle Erforschung von Nanomaterialien. Im Bereich der Medizin und Biochemie können Nanopartikel als Wirkstoffträger dienen oder für bestimmte Funktionen als Wirkstoffträger bestückt werden.

Das Prinzip der dynamischen Lichstreuung wird traditionell durch die Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS), welches die Autokorrelation der Streulichtintensitäten zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung verwendet. Allerdings stellt die herkömmliche Technik extreme Verdünnungsanforderungen an die zu messende Probe. Mit Hilfe der PCCS-Technologie wird der Einfluss der Mehrfachstreuung jedoch prinzipiell eliminiert. Die PCCS erfasst zwei separat erzeugte Streulichtintensitäten. Durch die Kreuzkorrelation der beiden Signale wird das einfach gestreute Licht, welches zur korrekten Berechnung der Partikelgrößenverteilung verwendet wird, aus der Gesamtheit des aufgenommenen Streulichtes herausgefiltert. Die Einfachstreuung wird somit von der Mehrfachstreuung getrennt. Dadurch genügt ein messbares Einfachstreusignal für die Durchführung einer Partikelgrößenanalyse.

  • Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung sowie Stabilitätsverhalten
  • für Nanopartikeln in opaken Suspensionen und Emulsionen
  • für Analysen im Forschungs- und Entwicklungslabor oder Qualitätslabor
  • robuste Messmethode für den Messbereich von 0,5 nm bis 10.000 nm
  • Probenkonzentration von 0,0001 Vol.-% bis ca. 20 Vol.-%
  • konzentrationsunabhängige Partikelcharakterisierung durch Eliminierung der Mehrfachstreuung | Reduktion von Probenvorbereitungsfehlern
  • reagiert weniger sensitiv auf Verunreinigungen
  • hohe Empfindlichkeit für Größenänderungen und Messung bimodaler Verteilungen
  • kontaktlose Messmethode für in-situ Beobachtungen von Stabilitäts- bzw. Größenveränderungen, z.B. Wachstums- oder Kristallisationsprozesse

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Dieses Ziel wird mit NANOPHOX schnell erreicht. Aufwendige Probenvorbereitungen sind vermeidbar, da selbst hoch konzentrierte Proben meist nicht verdünnt werden müssen. Die Ergebnisse sind unempfindlicher gegen mögliche Verunreinigungen, die bei stark verdünnten Proben die Partikelverteilung maßgeblich beeinflussen können.

Besonders anwenderfreundlich sind die automatische Positionierung der Küvette und die präzise Einstellung der Laserintensität zur Optimierung des Messsignals. So wird eine schnelle und einfache Messung unterstützt. NANOPHOX kann mit Einwegküvetten aus Acrylglas betrieben werden. Für besondere Flüssigkeiten oder Anwendungen stehen Kronglasküvetten zur Verfügung. Für besonders kleine Probenvolumen findet eine Mikroküvette Anwendung, die die Analyse von 50 µl Probenmaterial möglich macht.

NANOPHOX deckt einen breiten Partikelgrößenbereich von 0,5 nm bis 10.000 nm ab. Die Größenanalyse ist unabhängig von der Konzentration und sogar bis ca. 20 Vol.-% möglich. Mittels 30 mW Halbleiterlaser und Avalanche-Photodioden werden Probenkonzentrationen unter 10-4 Vol.-% messbar. Der breite Konzentrationsbereich wird durch die Kombination von PCS und PCCS in einem Instrument möglich.

In einem präzise einstellbaren Temperaturbereich von 0°C bis 90°C kann das Verhalten und die Veränderung von Nanodispersionen beobachtet werden. NANOPHOX stellt seine besondere Leistungsfähigkeit bei der direkten Stabilitätsanalyse von sterisch bzw. elektrostatisch stabilisierten, hoch konzentrierten Nanodispersionen unter Beweis. Unabhängig davon, ob die Partikel durch elektrische Ladungen, durch Polymere oder Tenside stabilisiert werden, NANOPHOX analysiert zuverlässig das Aggregations- oder Agglomerationsverhalten. Neue Möglichkeiten zur Charakterisierung bislang wenig erforschter Bereiche, wie z.B. Teilchen-Teilchen-Wechselwirkungen und Veränderungen der dynamischen Viskosität, werden eröffnet.

PAQXOS ist die gemeinsame Steuerungs- und Auswerteplattform für alle Sympatec-Systeme. Es vereint unsere gesammelte messtechnische Expertise in einer nutzerfreundlichen Applikationssoftware. Ein Schritt-für-Schritt-Assistent führt auch Anwender ohne Expertenwissen schnell zu ersten Messerfolgen. PAQXOS stellt grafische Präsentationen, Tabellen und Berichte zur Verfügung, deren Formate aus einer breiten Palette vordefinierter Vorlagen ausgewählt oder vollständig benutzerdefiniert erstellt werden können. Über die bedienerfreundliche Benutzeroberfläche werden alle Funktionen komfortabel bedient und intuitiv Lösungen zur Durchführung zuverlässiger Messungen erstellt. Aus der Kreuzkorrelationsfunktion, die auch die Reproduzierbarkeit und Stabilität der Suspension oder Emulsion darstellt, wird die Partikelgrößenverteilung berechnet.

PAQXOS bietet neben der klassischen 2nd Cumulant-Auswertung einen deutlich leistungsfähigeren Non Negative Least Square (NNLS)-Auswertealgorithmus. Mit bis zu 256 Größenklassen stellt der NNLS-Modus zuverlässig polydisperse bzw. bimodale Proben direkt als volumen- oder intensitätsbasierte Verteilung dar. Verschiedene charakteristische Werte, wie z. B. die arithmetischen oder harmonischen Mittelwerte (xharm) einzelner Moden, können direkt ausgegeben werden. Mit seiner Vielseitigkeit ist PAQXOS ideal für flexible Anwendungen in Produktion und Forschung geeignet.

Über eine integrierte Scripting-Umgebung lassen sich ausgefeilte Routinen programmieren, um wiederholte Messabläufe effizient und reproduzierbar zu gestalten. Weiterhin können Messparameter als verbindliche Messvorschriften, sogenannte Standard Operation Procedures | SOPs, vorgegeben werden. Die Software ermöglicht auch den FDA-konformen Einsatz im pharmazeutischen Umfeld und verfügt über alle Sicherheitsmechanismen, Zugangskontrollen und Authentifizierungen, die in der Richtlinie 21 CFR Part 11 gefordert sind.

Typische APPLIcATIONen