Nanopartikkelimittaukset

 DLS.jpg
Nanopartikkeleita käytetään yleisesti monissa sovelluksissa. Nanopartikkeleiden tarkka karakterisointi on tärkeää tutkimuksessa, tuotannossa ja monilla sovellusaloilla kuten teollisuus, terveys, turvallisuus ja näihin liittyvä sääntely. VTT MIKESissä partikkeleita voidaan karakterisoida kahdella eri menetelmällä: dynaamiseen valon sirontaan (DLS) perustuvat mittaukset ja mikroskopiaan perustuvat mittaukset atomivoimamikroskoopilla (AFM) ja elektronimikroskoopilla (SEM). Mittausten jäljitettävyys metrin määritelmään tulee MIKESin interferometrisesti jäljitettävän metrologisen AFM:n (MAFM) kautta.

Molemmilla menetelmillä on omat hyvät puolensa ja rajoituksensa. DLS on nopea ja tulokset ovat tilastollisesti edustavia. DLS-mittauksissa jo pieni määrä suuria partikkeleita voi estää pienten partikkeleiden havaitsemisen. AFM:llä voidaan mitata sekä partikkelin kokoa että muotoa. Huonona puolena on, että vain rajallinen määrä partikkeleita voidaan mitata, mikä johtaa huonoon statistiikkaan. Mittauskärjen ja näytteen vuorovaikutus on merkittävä, etenkin kun mitataan pieniä partikkeleita. Joissain tapauksissa myös näytteen valmistus voi olla hankalaa.

 

 VTT MIKES metrologiassa on kaksi laitetta, jotka soveltuvat nanopartikkeleiden mittauksiin.

LaiteZetasizer Nano​​PSIA XE-100
​MittausmenetelmäDLS​​AFM
​Mittauskohde​kokojakauma, Zeta-potentiaalikoko, muoto
​Mittausalue​0,3 nm – 10 µm​5 nm – 5 µm
​Mittausepäävarmuus​2 %​alkaen 1 nm

 

Zetasizer Nano

Dynaamista valonsirontaa käytetään partikkeleiden ja molekyylien koon mittaamiseen. Tässä tekniikassa mitataan partikkeleiden diffuusiota, kun ne liikkuvat Brownin liikkeen seurauksena. Tästä liikkeestä lasketaan Stokes-Einstein yhtälöiden avulla partikkeleiden koko ja kokojakauma. Laser Doppler Micro-electrophoresista käytetään zeta-potentiaalin mittaamiseen. Liuoksessa molekyylit tai partikkelit liikkuvat sähkökentän vaikutuksesta. Tämän liikkeen nopeus on suhteessa molekyylien tai partikkeleiden zeta-potentiaaliin.  
 

Atomivoimamikroskopia (AFM)

AFM:n mittauspäässä on hyvin terävä kärki, joka skannaa tutkittavaa aluetta. Kun kärki lähestyy pintaa, jossain vaiheessa lyhyen kantaman attraktiiviset voimat taivuttavat mittauspäätä pintaa kohti. Jos kärki tuodaan vielä lähemmäksi pintaa, jolloin kärki koskettaa pintaa alkavat repulsio voimat vaikuttaa ja taivuttavat mittauspäätä pinnasta poispäin. AFM mittauksessa kuvataan näytteenpinnan muoto skannaamalla mittauskärjellä halutun alueen yli piirto kerrallaan. Pinnan nousut ja laskut taivuttavat mittauspäätä ja muutokset havaitaan paikkaherkällä detektorilla. Takaisinkytkentäluuppi säätää mittauskärjen korkeutta ja pitää taipuman vakiona. Siten saadaan mitattua tarkka topografiakartta pinnan muodosta.

 

​Nanopartikkelimittausten palvelut

  • Nanopartikkelien koon ja muodon mittaukset atomivoimamikroskoopilla
  • Nanopartikkelien kokojakauma liuoksessa DLS-mittauksilla
  • Nanopartikkelien pintavarausten (Zeta-potentiaali) mittaukset liuoksissa

  

Lisätietoja​

  • Virpi Korpelainen, erikoistutkija, puh. 050 410 5504, sähköposti Virpi.Korpelainen(at)vtt.fi  


​<<< takaisin pituuskalibrointien etusivulle