Технология дифференциальной интенсивности рассеянного поляризованного света (PIDS)

Технология дифференциальной интенсивности рассеянного поляризованного света (PIDS) является запатентованным методом компании Beckman Coulter, который в сочетании с лазерной дифракцией позволяет напрямую обнаруживать частицы размером до 10 нм.

У частиц диаметром менее нескольких микрон сигналы светорассеяния PIDS схожи по форме и интенсивности. В силу этих физических свойств подобные сигналы PIDS трудно различимы между собой, что означает неточное определение размеров при низком разрешении, а это в свою очередь приводит к высокой погрешности при анализе фактических размеров частиц.

В случае мелких частиц вертикально поляризованный рассеянный свет характеризуется отличающимися сигналами рассеяния и тонкими структурами по сравнению с горизонтально поляризованным светом. Основная особенность интенсивности горизонтального рассеяния (Ih) для небольших частиц заключается в том, что минимальный угол детекции составляет около 90°. Этот минимум растет с увеличением размера частиц.

Таким образом, несмотря на незначительные различия между интенсивностями вертикального и горизонтального светорассеяния (Iv и Ih) в случае мелких частиц, эта разница позволяет получить более дифференцированную тонкую структуру и, соответственно, делает возможным определение размеров небольших частиц. Сочетая поляризационные эффекты с зависимостью от длины волны при больших углах, мы можем уменьшить нижний предел измерения размеров до 10 нм.

Крупные частицы сильно рассеивают свет под малыми углами, и при этом в сигналах рассеяния легко идентифицируются максимумы и минимумы. Это означает, что детекторы, расположенные под небольшими углами по отношению к оптическому пути и имеющие достаточное угловое разрешение, позволяют зарегистрировать данные максимумы и минимумы.

С другой стороны, маленькие частицы рассеивают свет слабо, и максимумы и минимумы можно измерить только под очень большими углами. Это затрудняет регистрацию и анализ сигналов рассеяния. Производители с переменным успехом внедряют разные решения для преодоления таких ограничений.

Главным образом, усилия сосредоточены на измерении характеристик обратно рассеянного света. Хотя эти стратегии и помогают, они не являются полноценными решениями. По этой причине компания Beckman Coulter разработала систему PIDS, которая впервые позволила полностью решить проблему определения размера субмикронных частиц. Технология PIDS, основанная на теории светорассеяния Ми, изящна и вместе с тем проста.

Она использует поперечность световых волн, т. е. предполагает наличие двух составляющих — магнитного вектора и электрического вектора, расположенных под углом 90° друг к другу. Если, например, электрический вектор направлен по вертикали, такой свет называется вертикально поляризованным. Если на образец падает луч поляризованного света с определенной длиной волны, колебания электрического поля возбуждают диполь (колебание) электронов в образце. Эти колебания будут происходить в одной плоскости поляризации с источником распространяющегося света.

Колеблющиеся диполи в частицах излучают свет во всех направлениях, за исключением направления распространения падающего света. Данное явление эффективно используется в технологии PIDS.

Образец последовательно облучается светом трех длин волн (475 нм, 613 нм и 900 нм), сначала – вертикально поляризованным, затем – горизонтально поляризованным. Анализатор LS 13 320 XR измеряет рассеянный свет от образцов в определенном диапазоне углов. Анализируя различия между горизонтально и вертикально излучаемым светом при каждой длине волны, мы получаем информацию о распределении частиц в образце по размерам. Измеряется именно разница между вертикально и горизонтально поляризованными сигналами, а не просто величина поляризации.

Данные о зависимости интенсивности от угла рассеяния на основе сигналов PIDS затем вводятся в стандартный алгоритм на основе аналогичных данных для рассеяния лазерного света, чтобы получить непрерывное распределение по размерам.

Другое серьезное преимущество сбора данных методом PIDS заключается в том, что в результате простой интерпретации необработанных данных мы можем быстро удостовериться в фактическом присутствии мелких частиц, поскольку крупные частицы не демонстрируют дифференциальный сигнал, характерный для небольших частиц.