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Sistemi dispersi. Un sistema disperso e’ un sistema bifasico con particelle discrete disperse in un sistema disperdente immiscibile Le dimensioni della fase dispersa e’ normalmente 1÷100 nm, anche se il limite superiore e’ piuttosto indefinito
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Sistemi dispersi • Un sistema disperso e’ un sistema bifasico con particelle discrete disperse in un sistema disperdente immiscibile • Le dimensioni della fase dispersa e’ normalmente 1÷100 nm, anche se il limite superiore e’ piuttosto indefinito • Si possono avere proprietà disperse fino a 2÷5 µm
Analisi PSD di sistemi colloidali: dispersioni ed emulsioni • La caratterizzazione di particelle in dispersioni industriali e’ richiesta per scopi di ricerca ed é parte essenziale delle procedure di controllo qualita’. Per l’analisi di sistemi dispersi submicronici sono state sviluppate metodologie specifiche • E’ noto l’effetto sull’attivita’ biologica delle dimensioni di farmaci non idrosolubili • In campo medico emulsioni colloidali di oli vegetali sono somministrati a pazienti: emulsioni lipidiche come sangue artificiale • In campo industriale, le capacità coloranti e coprenti delle dispersioni di pigmenti e’ controllata dalla PSD
Tecniche di analisi dimensionale di particelle L’analisi dimensionale (PSD) e’ un campo di ricerca molto attivo che presenta innumerevoli spunti e motivazioni La richiesta di analisi PSD e’ supportata da esigenze di monitoraggio ambientale, controllo di processo, scienza dei materiali In particolare la PSD e’ di importanza fondamentale per la comprensione della chimica supramolecolare, micellare e colloidale, sia di natura sintetica che biologica
Metodi di analisi Analisi diretta • Microscopia elettronica: a scansione (SEM) e a trasmissione Analisi indiretta • Tecniche ottiche: Nefelometria, Laser Scattering (LS), (PCS), Diffrazione Fraunhofer (FD) • Tecniche di centrifugazione: Fotosedimentometria, Ultracentrifugazione • Tecnica Coulter Counter (ESZ) • Tecniche separative: Cromatografia Idrodinamica (HDC), Frazionamento in Campo e Flusso (FFF)
Metodi nefelometrici e laser scattering • I metodi basati sullo scattering della luce sono di gran lunga i piu’ utilizzati nella analisi PSD di sistemi colloidali • Lo scattering della luce da parte di sistemi dispersi non segue le leggi dell’ottica geometrica • Le leggi dell’ottica geometrica vengono seguite solo per dimensioni della fase dispersa molto superiori alla lunghezza d’onda incidente: Diffrazione Fraunhofer (FD)
Sistemi dispersi di dimensioni a<<l • Effetto Tyndall: Una dispersione (sol) colloidale illuminata appare trasparente se posta tra l’osservatore e la sorgente e risulta colorata se osservata a 90° rispetto alla sorgente Scattering Rayleigh d=cammino ottico N=numero particelle q=angolo scattering h=indice di rifrazione
Analisi di particolato di dimensione >1÷2µm Metodo senza calibrazione basato solo su principi ottici TEORIA Estinzione Turbidita’ Trasmittanza Efficienza Diffrazione Fraunhofer Sistemi sferici
Schema strumentale base di una apparecchiatura FD • Raggio laser non polarizzato (He-Ne) • Sistema collimatore • Cella • Lenti di focalizzazione (luce diffratta+luce trasmessa)
Assunzioni richieste 1) Particelle sferiche, liscie e rigide: il diametro calcolato e’ quello equivalente di Stokes 2) Velocita’ costante raggiunta istantaneamente Legge di Stokes 3) Sedimentazione delle particelle senza reciproca interferenza 4) Assenza di effetti inerziali Metodi di sedimentazione Metodi incrementali: Misurazione di variazioni di concentrazione di sospensione in funzione del tempo Metodi cumulativi: Misurazione della velocita’ di sedimentazione Metodo di rivelazione fotodensitometrico
Metodo Coulter Counter (ESZ) • Se una particella che non conduce e’ sospesa in un mezzo che conduce all’interno di una piccola apertura, si ottiene un aumento di resistenza attraverso l’orifizio • Questo metodo richiede una opportuna procedura di calibrazione mediante standard di particelle monodisperse • Il campo di applicazione e’ tra 0.5÷1000µm • Vantaggi: non e’ necessaria nessuna conoscenza delle specifiche del campione • Svantaggi: uso di fasi disperdenti ad alta forza ionica
Principio di funzionamento del Coulter Counter Per particelle sferiche:
Metodi separativi Cromatografia idrodinamica (HDC) Frazionamento in Campo e Flusso (FFF)
HDC Principi di funzionamento • La HDC e’ una tecnica liquido-cromatografica a colonna impaccata. Il campo di applicazione e’ tipicamente <1µm • Una sospensione iniettata in un flusso di fase mobile attraversa la fase impaccata: le particelle piu’ grandi eluiscono prima delle piu’ piccole in quanto visitano vettori di velocita’ media piu’ elevati perche’ le loro dimensioni le escludono dalle zone di velocita’ piu’ lenta in prossimita’ delle pareti delle particelle che costituiscono l’impaccamento
Schema di meccanismo separativo in HDC La tecnica FFF posside alcune similitudini con la HDC ma non e’ presente alcuna fase stazionaria
