Review: Zetasizer ultra, een revolutie op het gebied van nano-deeltjesanalyse

Posted by Nicole Bos on 02/2019

Malvern Panalytical heeft de revolutionaire Zetasizer Ultra en Pro gelanceerd waar wij erg enthousiast over zijn. In deze review focussen we ons op de gloednieuwe Zetasizer Ultra, de high-end uitvoering van de twee. Wat de Zetasizer Ultra vooral uniek maakt is het samenbrengen van adaptieve correlatie, hoge resolutie MADLS nanosizing, deeltjesconcentratie en Zetapotentiaal in één systeem.

De Zetasizer Nano, serie beter bekend als ‘de Nano’, is al ruim vijftien jaar de standaard in de wereld van het meten van (nano)deeltjesgrootte en Zetapotentiaal. Dat het de standaard is wordt wel duidelijk als we 'Zetasizer' intypen in Google Scholar: 90.000 hits. De analyser staat bekend om zijn gebruiksgemak en gevoelige NIBS-DLS (backscatter) of de budgetvriendelijke 90º DLS-versie. En niet te vergeten, om een begrip in het labo: de disposable Zetapotentiaal meetcuvetjes. Ondanks dat de Zetasizer-serie zeer populair was, kregen we toch regelmatig vragen als:

• Hoeveel aan data wordt er in het correlatieproces eigenlijk weggegooid?
• Kan DLS een hogere resolutie techniek worden?
• Wat zou een extra DLS-meethoek mij brengen aan meerwaarde?
• Kan je ook de concentratie van de deeltjes bepalen met de Zetasizer/DLS?
• Kunnen we wellicht met DLS iets zeggen over de vorm/aspect ratio van nanodeeltjes?

Malvern Panalytical heeft hier goed naar geluisterd, want waar ze voorheen een antwoord schuldig bleven, kunnen ze nu volmondig ingaan op de vragen met de nieuwe Zetasizer Ultra.

Eén van de grote gamechangers is de nieuwe adaptive correlation (deze is ook beschikbaar in de Pro-versie). Bij DLS lightscattering weten we dat aanwezigheid van grote deeltjes, bijvoorbeeld >1micron stofdeeltjes of aggregaten, de DLS/size meting van kleinere nanodeeltjes behoorlijk kan domineren (een deeltje van 1 micron scattert nu eenmaal één miljoen keer meer licht dan een deeltje van 100nm). De aanwezigheid van die grote deeltjes maakt data-interpretatie soms lastig en wellicht ook onbetrouwbaar. Zeer schoon werken, bijvoorbeeld door het uitfilteren van stof en grotere aggregaten, kan helpen. Echter kost deze extra stap tijd en geld (spuitfiltertjes). Daarnaast is het de vraag in hoeverre het sample wordt beïnvloed door het filteren.

Met adaptive correlation slaat Malvern Panalytical een volledig nieuwe weg in. Er is namelijk minder monstervoorbewerking nodig en de meting geeft een goed beeld van de eventuele aanwezigheid van grote/storende deeltjes. Win-win dus! Met deze nieuwe correlatietechniek worden er veel meer korte subruns (iedere 1,7 seconde) automatisch uitgevoerd en geïnspecteerd. Vervolgens wordt deze data statistisch geclassificeerd. Met andere woorden: wat is er consistent aanwezig en wat niet? Daarna wordt het hoofdresultaat gerapporteerd als "steady state" voor de deeltjes die consistent aanwezig zijn. Daarnaast zien we een tweede resultaat van de ‘transient’ deeltjes welke maar sporadisch aanwezig zijn, zoals stof, aggregaten of andere oversized deeltjes. Als tijdens de adaptive correlation stap binnen 25 seconden (drie batches van vijf subruns) bemerkt wordt dat de correlatie consistent is, dan stoppen de subruns en wordt het resultaat in 25 seconden gerapporteerd (drie keer sneller dan conventionele correlatie). Met deze nieuwe snellere methode wordt het resultaat veel betrouwbaarder, robuuster en reproduceerbaarder gerapporteerd. Verder geeft de transient data een zeer goed inzicht in de aanwezigheid van minder consistent grotere deeltjes in het sample, zonder dat je ze voor altijd kwijt bent in het spuitfiltertje.

Zoals bekend is bij DLS het aantal gescatterde fotonen afhankelijk van de grootte van de deeltjes. Zijn de deeltjes klein (en liggen ze in het Rayleigh scattering gebied), dan zal het laserlicht naar alle richtingen (en dus onder alle hoeken) uniform gescatterd worden. Zijn de deeltjes groter en vallen ze buiten het Rayleigh scattering, gebied dan zullen er meer fotonen in de voorwaartse hoek scatteren. Wanneer men nu een mix van grote en kleine deeltjes heeft dan zal een DLS meting onder drie verschillende hoeken ook drie verschillende deeltjesgroottes geven.

De nieuwe MADLS (multi angle dynamic light scattering) gebruikt de correlatiefunctie van de backscatter, sidescatter en forward scatterhoek tezamen om zo het beste uit de DLS meting te halen. Dit resulteert in één deeltjesgrootte resultaat met de beste fit op alle drie de hoeken, inclusief de hoogste resolutie. Was voorheen de resolutie voor DLS maximaal 1:3, nu met MADLS kunnen we latexmixen van 150 en 300nm (1:2) als gescheiden pieken meten. Voor de volledige karakterisatie van bepaalde samples kan deze hogere resolutietechniek zoals MADLS andere complementaire (kostbare en tijdrovende) technieken zoals TEM overbodig maken.

Voor het bepalen van de deeltjesconcentratie (zonder kalibratie!) speelt de MADLS deeltjesgroottemeting en de Mie theorie een belangrijke rol. Het met MADLS behaalde intensity-weighted PSD resultaat wordt doorberekend naar een absolute concentratie distributie aan de hand van de derived count rate en input van de optische parameters (refractive index en absorptiecoefficient van de te meten deeltjes en dispersant). De count rate van Tolueen wordt gebruikt als referentie om de gedetecteerde foton count rate tegen de absolute gescatterde intensiteit te normaliseren. Dankzij deze methode wordt de verdeling van de totale populatie en de deeltjesconcentratie van elke populatie afzonderlijk weergegeven.

De Zetasizer Ultra en Pro kunnen via de software in het detectiegebied twee polarisers voordraaien: een horizontale en een verticale polariser (DDLS ofwel depolarised DLS). Wanneer de DLS-meting zonder polariser hiermee vergeleken wordt en de drie resultaten verschillend zijn, dan is er rotationele contributie van niet-sferische deeltjes aanwezig. Dit betekent dat de deeltjes niet rond zijn en dus een afwijkende aspect ratio hebben.

Last but not least zijn er ook andere nieuwe features, zoals:

• Verbeterde M3-PALS en constant current mode voor het meten van Zetapotentiaal (Ultra en Pro)   
• Gebruiksvriendelijke nieuwe Xplorer software (inclusief quality guidance system met advies hoe je bepaalde metingen of sampleprep zou kunnen verbeteren)
• Unieke handige low volume (3uL) capillary sizing cell
• Multipurpose titrator en de nieuwe zetapotentiaal cuvetjes, ...

Nieuwsgierig geworden naar de revolutionaire nieuwe Zetasizer Ultra of Pro? Neem gerust contact met ons op. We laten het u graag zien tijdens een demonstratie op uw eigen samples in ons vernieuwde applicatielab in Etten-Leur. U bent van harte welkom! Mocht u meer informatie willen over de verschillende configuraties en prijzen vraag dan een offerte aan.