Note d'application | TURBIDI.T™
Comment mesurer la taille des particules dans des échantillons liquides par turbidité ?
par Dimitria Camasão, Assala Larbes et Gloria Pinilla,
Application Chercheurs, Rheolution Inc.
Résumé
- La détermination de la taille des particules revêt une grande importance dans de nombreux domaines, tels que les sciences de la vie (nanomédecine, administration de médicaments, ingénierie tissulaire, bioanalyse), la chimie, les sciences de l’environnement et l’industrie.
- La turbidimétrie est une méthode rapide et non destructive permettant d’estimer la taille des particules selon une procédure simple à suivre.
- Les courbes de turbidité en fonction de la concentration en particules de silice de différentes tailles dans de l’eau distillée ont été obtenues avec une grande précision à l’aide du TURBIDI.T™. Ces courbes peuvent servir à établir une courbe de référence pour la détermination de la taille des particules.
Les principes fondamentaux de la mesure de la taille des particules dans la recherche et l'industrie
Introduction
La détermination de la taille des particules revêt une grande importance dans diverses applications scientifiques et industrielles. Dans le domaine pharmaceutique, la taille des particules des médicaments ou des systèmes d’administration de médicaments joue un rôle significatif dans leur biodisponibilité, leur vitesse de dissolution et leur absorption par l’organisme. Dans la recherche en sciences de la vie et le diagnostic, la mesure précise de la taille des particules est cruciale pour le développement et la validation de méthodes d’analyse, notamment dans le cadre des immunoessais ou des techniques de réaction en chaîne par polymérase (PCR). Cette caractérisation revêt également une grande importance dans des domaines tels que les sciences de l’environnement et la surveillance de la pollution, la géologie et la pédologie, la science des matériaux et la nanotechnologie, entre autres.
La taille des particules présentes dans une suspension peut être estimée à l’aide de mesures turbidimétriques, qui constituent une méthode simple, rapide et non destructive [1,2]. La turbidité est un paramètre qui quantifie la diminution de l’intensité d’un faisceau lumineux lorsqu’il traverse une suspension, due à la diffusion et à l’absorption de la lumière par les particules en suspension. L’ampleur de la diffusion et de l’absorption dépend à la fois de la taille des particules et de leur concentration dans la suspension. Les particules plus grosses ont tendance à diffuser et à absorber davantage de lumière, ce qui se traduit par une pente plus raide de la courbe de turbidité. À l’inverse, les particules plus petites diffusent et absorbent moins de lumière, ce qui se traduit par une pente plus douce. L’analyse de la courbe de turbidité permet ainsi de déduire la taille des particules à partir de la relation entre la turbidité et la concentration.
Dans cette note d’application, des nanoparticules de silice de différentes tailles en suspension dans de l’eau distillée ont été analysées à l’aide du TURBIDI.T™ afin d’illustrer son applicabilité à l’estimation de la taille des particules. Des relations concentration-turbidité ont été établies pour chaque taille de particule, ce qui a permis d’élaborer une courbe de référence destinée à l’estimation de la taille des particules dans une solution inconnue.
Analyse de la turbidité pour une mesure précise de la taille des particules
Matériel et méthodes
Le TURBIDI.T™ (Rheolution Inc., QC, Canada) est un appareil polyvalent permettant de mesurer la turbidité de solutions dans différentes plages. Parmi ses principales caractéristiques, on peut citer la possibilité (1) de modifier les cartouches d’émetteurs optiques pour s’adapter à différentes longueurs d’onde, (2) de choisir des porte-échantillons adaptés à des protocoles expérimentaux spécifiques, et (3) d’utiliser une tablette sans fil pour la collecte, la personnalisation, l’analyse et l’exportation des données. De plus, l’appareil offre une capacité de mesure étendue en permettant de coupler plusieurs instruments à la même tablette.
Des étalons à la formazine (FTU) ont été utilisés pour étalonner le TURBIDI.T™ avant les essais. Les cartouches utilisées pour l’émission et la réception de la lumière étaient respectivement l’Emitt.635 (longueur d’onde de 635 nm) et la Receiv.ViS (longueur d’onde comprise entre 400 nm et 1 000 nm).
Des particules de silice de différentes tailles (160 nm, 500 nm et 1 000 nm ; Alpha Nanotech Inc., Colombie-Britannique, Canada) ont été diluées dans de l’eau distillée à cinq concentrations différentes : 150, 200, 300, 400 et 500 mg/L. Les solutions ont été stabilisées à 25 °C et trois échantillons de chaque concentration ont été transférés dans des flacons de 10 ml en vue des essais (n = 3). Chaque flacon a été soigneusement mélangé avant d’être introduit dans l’appareil TURBIDI.T™ pour la mesure. Les résultats sont exprimés sous forme de moyenne ± écart-type. Une régression linéaire simple a été appliquée aux données relatives à chaque taille de particules.
Détermination de la taille des particules : le rôle des courbes de turbidité-concentration
Résultats et discussion
Les valeurs de turbidité correspondant aux différentes concentrations et tailles de particules de silice sont présentées à la figure 1. Les points de données représentent la valeur moyenne de trois déterminations, avec de petites barres d’erreur qui témoignent de la grande précision des mesures. Les régressions linéaires simples s’adaptent bien aux données expérimentales (R²>0,94). Les résultats montrent que les corrélations entre la concentration et la turbidité dépendent de la taille des particules, comme en témoigne l’augmentation des pentes des courbes respectivement de 160 nm à 500 nm, puis à 1 000 nm.
Figure 1 : Relations entre la turbidité et la concentration en particules de silice dans de l’eau distillée, pour différentes tailles de particules. Ces courbes ont été obtenues à l’aide du TURBIDI.T™, en utilisant une longueur d’onde de 635 nm.
Une courbe de référence permettant d’estimer la taille des particules d’une solution inconnue peut être obtenue en reportant les tailles de particules ci-dessus en fonction de leur pente respective, telle qu’elle ressort des courbes de turbidité en fonction de la concentration. Une solution inconnue doit ensuite être testée à différentes concentrations afin d’obtenir sa propre pente (à partir de la courbe de turbidité en fonction de la concentration), qui peut être utilisée dans la figure 2 pour estimer la taille des particules en suspension.
Figure 2 : Estimation de la taille des particules de silice à partir d’une courbe de référence établissant la relation entre la taille des particules et la pente (obtenue à partir des courbes de turbidité-concentration).
Conclusions
L’appareil TURBIDI.T™ permet d’estimer la taille des particules en suspension dans une solution à l’aide d’une courbe de référence (relation entre la taille des particules et les pentes de la courbe turbidité-concentration) obtenue à partir d’au moins trois points.
Perspectives
- La taille des particules en suspension peut être facilement estimée à l’aide de l’appareil TURBIDI.T™, très simple d’utilisation.
- Les données relatives à la turbidité et à la concentration peuvent être enregistrées sur la tablette via l’application Soft Matter Analytics™, puis exploitées et exportées selon vos besoins.
- La disponibilité de différentes cartouches permet aux utilisateurs de modifier la longueur d’onde de la lumière émise, ce qui peut améliorer l’exactitude et la précision de l’estimation de la taille des particules.
- La possibilité d’utiliser des flacons de différentes tailles permet aux utilisateurs d’effectuer des mesures avec un volume d’échantillon minimal et évite d’avoir à manipuler les échantillons de manière intensive, ce qui contribue à une expérience simplifiée et conviviale.
- La plateforme d’essais modulable, créée en reliant plusieurs unités entre elles, répond aux besoins spécifiques des laboratoires de R&D et de contrôle qualité, qui doivent souvent traiter de grands volumes d’échantillons. Elle offre une solution pratique permettant de répondre aux exigences de haut débit de ces environnements.
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Références
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