Search

Statický vícenásobný rozptyl světla (SMLS) for the direct characterization of liquid dispersions in their native state

Static Multiple Light Scattering (SMLS) is an optical method that allows for the direct characterization of native concentrated liquid dispersions. Microtrac’s TURBISCAN range uses this technology to provide accurate and rapid results. TURBISCAN was the first patented technology to provide tools that allow accelerated aging tests on unstressed products, thus becoming a reference for direct stability characterization technology.

.

Úvod do statického vícenásobného rozptylu světla (SMLS)

Statický vícenásobný rozptyl světla (SMLS) je nejvhodnější metodou pro charakterizaci kapalných disperzí přímo v jejich přirozeném stavu.

Většina emulzí, suspenzí a přípravků je příliš koncentrovaná na to, aby je bylo možné analyzovat "tak, jak jsou", a jejich charakterizace vyžaduje ředění nebo mechanické namáhání, které mění jejich stav a strukturu. Statický vícenásobný rozptyl světla (SMLS) nabízí možnost zkoumat stav disperze a její vývoj v čase bez jakéhokoli ředění, a to i u vysoce koncentrovaných vzorků. Princip SMLS je založen na patentovaném optickém uspořádání a principu měření.

Statický vícenásobný rozptyl světla (SMLS) nabízí mimořádné rozlišení pro detekci změn velikosti a koncentrace vyskytujících se ve složitých formulacích a ve velmi širokém spektru aplikací a průmyslových odvětví. SMLS je v dokonalém souladu s doporučením normy ISO TR13097 týkajícím se měření trvanlivosti a stability jako přímá optická metoda, která nevyžaduje přípravu vzorku (např. ředění).

Static Multiple Light Scattering (SMLS) – Jak to funguje?

Pomocí statického vícenásobného rozptylu světla (SMLS) jsou do vzorku posílány fotony (zdroj světla NIR, 880 nm). Poté, co byly tyto fotony několikrát rozptýleny částicemi (nebo kapičkami) v disperzi, vystoupí ze vzorku a jsou detekovány dvěma synchronními detektory. U neprůhledných vzorků se zpětný rozptyl měří při 135°, u průhledných vzorků se prostup měří při 0° od světelného zdroje.

Static Multiple Light Scattering (SMLS) – Jak to funguje?

Zpětný rozptyl přímo souvisí se střední volnou dráhou fotonu (I*). I* (µm) je vzdálenost, nad kterou foton ztrácí původní směr dopadajícího paprsku. Přenos přímo souvisí se střední volnou dráhou fotonu (I), což je průměrná vzdálenost mezi rozptylovači. Intenzita přenosu i zpětného rozptylu světla tedy závisí na velikosti a koncentraci částic.

Technologie TURBISCAN, využívající statický vícenásobný rozptyl světla (SMLS), měří intenzitu přenosu nebo zpětného rozptylu v závislosti na výšce vzorku a době stárnutí. Lze snadno zjistit a sledovat vývoj průměru částic (agregace, flokulace, koalescence) a změny koncentrace (sedimentace, krémování). Střední průměr částic lze vypočítat z intenzit zpětného rozptylu nebo přenosu díky Mieho teorii pomocí následujících rovnic.

Rovnice využívající teorii Mie k výpočtu středního průměru částic

Statický vícenásobný rozptyl světla (SMLS) TURBISCAN Stability Index (TSI)

TSI je parametr specifický pro Turbiscan, který je určen pro formulátory k porovnání a charakterizaci fyzikální stability různých formulací jediným kliknutím a jediným, srovnatelným a reprodukovatelným číslem. Umožňuje kvantifikovat jakýkoli typ destabilizace díky výpočtu na jedno kliknutí, který je robustním a na uživateli zcela nezávislým nástrojem.

Tento index, který je považován za jednu z klíčových výhod systému TURBISCAN, poskytuje uživatelům robustní a snadnou metodu pro porovnání stability a globální přístup. Index stability TURBISCAN byl vyvinut pro výzkum a vývoj a kontrolu kvality a je také široce používán ve vědeckých publikacích akademické obce. Díky všem těmto aplikacím je tento index referenčním parametrem pro porovnávání stability a měření trvanlivosti.

Podrobně o indexu stability Turbiscan

Disperze jsou termodynamicky nestabilní a v průběhu času se složité formulace vyvíjejí tak, aby se snížila jejich energie a dosáhlo se nejnižšího stavu, což obvykle vede k úplnému oddělení fází. Mechanismy pro dosažení této nízkoenergetické konfigurace jsou četné a složité, ale lze je rozdělit do dvou kategorií:

  • Koloidní stabilita se změnou velikosti částic (např. agregace, flokulace, koalescence, koagulace nebo Ostwaldovo zrání).
  • Makroskopická stabilita s migrací částic (např. sedimentace, krémování, čiření nebo separace fází).

Každý jev lze detekovat a kvantifikovat na základě intenzity signálu zpětného rozptylu (BS) a/nebo transmisního signálu (T) měřeného pomocí technologie TURBISCAN, protože oba signály závisí na koncentraci a velikosti částic, s využitím statického vícenásobného rozptylu světla (SMLS). Intenzity transmisního a zpětného rozptylu se zaznamenávají po celé výšce vzorku a v čase, aby bylo možné získat úplný přehled o stabilitě/nestabilitě vzorku.

Pro objektivní porovnání stability je třeba vzít v úvahu globální destabilizaci. To znamená, že je třeba kvantitativně porovnat amplitudu destabilizace v celém vzorku. To je důvod pro výpočet TSI: poskytnout robustní, objektivní a globální parametr jedním kliknutím, který zohledňuje celou destabilizaci a odráží celkovou stabilitu daného vzorku.

Výpočet TSI je založen na integrovaném algoritmu, který sčítá vývoj světla T nebo BS v každé měřené poloze (h) na základě rozdílu skenování v celé výšce vzorku (H):

Obrázek 4
Index stability TURBISCAN odpovídá kumulativnímu součtu všech změn zpětného rozptylu nebo přenosu celého vzorku v důsledku destabilizace. Čím je hodnota vyšší, tím je vzorek nestabilnější.
Po výpočtu hodnoty indexu lze snadno, přesně a objektivně třídit a porovnávat řadu vzorků. Hodnotám je přiřazen barevný kód, který umožňuje přímou analýzu a validaci vzorků díky stupnici TSI, která spojuje hodnoty s odpovídajícím vizuálním pozorováním.
Obrázek 5
Destabilizace je zjištěna, ale je ve velmi raném stadiu (migrace nebo změna velikosti). V pořadí A není v této fázi pozorována žádná vizuální destabilizace. Index stability Turbiscan lze vypočítat a zobrazit v daném čase analýzy nebo v průběhu času, jak je uvedeno níže.

From any data generated with a TURBISCAN, TURBISIZE software allows the determination of the particle size distribution and migration velocity in a few seconds (ISO 13317- Determination of particle size distribution by gravitational liquid sedimentation methods) and still with no dilution and on native samples.

From the migration profiles, TURBISZE can determine:

  • Migration velocity distribution – to understand the different sedimentation speeds of all the particles and species within your product.
  • Particle size distribution in Volume or Number – to understand the true size of settling particles in their native environment.