Nota applicativa | TURBIDI.T™
Come misurare le dimensioni delle particelle in campioni liquidi mediante torbidità?
di Dimitria Camasão, Assala Larbes e Gloria Pinilla,
Applicazione Scienziati, Rheolution Inc.
Sintesi
- La determinazione delle dimensioni delle particelle è importante in molti campi, come le scienze della vita (nanomedicina, somministrazione di farmaci, ingegneria tissutale, bioanalisi), la chimica, le scienze ambientali e l’industria.
- La turbidimetria è un metodo veloce e non distruttivo per stimare la dimensione delle particelle, che segue una procedura facile da seguire.
- Le curve che mettono in relazione la torbidità e la concentrazione di particelle di silice in acqua distillata, di varie dimensioni, sono state ottenute con elevata precisione utilizzando il TURBIDI.T™. Queste curve possono essere utilizzate per costruire una curva di riferimento per la determinazione della dimensione delle particelle.
Nozioni fondamentali sulla misurazione delle dimensioni delle particelle nella ricerca e nell'industria
Introduzione
Determinare la dimensione delle particelle è fondamentale in diverse applicazioni scientifiche e industriali. Nel settore farmaceutico, la dimensione delle particelle dei farmaci o dei sistemi di somministrazione gioca un ruolo significativo nella loro biodisponibilità, nella velocità di dissoluzione e nell’assorbimento da parte dell’organismo. Nella ricerca e nella diagnostica delle scienze della vita, misurare con precisione la dimensione delle particelle è fondamentale per sviluppare e convalidare metodi analitici come i test immunologici o le tecniche di reazione a catena della polimerasi (PCR). Questa caratterizzazione è importante anche in campi come le scienze ambientali e il monitoraggio dell’inquinamento, la geologia e la pedologia, la scienza dei materiali e la nanotecnologia, tra gli altri.
La dimensione delle particelle in una sospensione può essere stimata tramite misurazioni turbidimetriche, che offrono un approccio semplice, veloce e non distruttivo [1,2]. La torbidità è un parametro che quantifica la diminuzione dell’intensità di un fascio luminoso mentre attraversa una sospensione, dovuta alla diffusione e all’assorbimento della luce da parte delle particelle sospese. L’entità della diffusione e dell’assorbimento dipende sia dalla dimensione delle particelle che dalla loro concentrazione nella sospensione. Le particelle più grandi tendono a diffondere e assorbire più luce, il che si traduce in una pendenza più ripida della curva di torbidità. Al contrario, le particelle più piccole diffondono e assorbono meno luce, determinando una pendenza più dolce. Analizzando la curva di torbidità, è possibile dedurre la dimensione delle particelle in base alla relazione tra torbidità e concentrazione.
In questa nota applicativa, abbiamo misurato con il TURBIDI.T™ delle nanoparticelle di silice di diverse dimensioni disciolte in acqua distillata, per illustrare come si possa usare questo strumento per stimare la dimensione delle particelle. Per ogni dimensione delle particelle abbiamo ottenuto le relazioni tra concentrazione e torbidità, che abbiamo poi usato per costruire una curva di riferimento per stimare la dimensione delle particelle in una soluzione sconosciuta.
Analisi della torbidità per una misurazione accurata delle dimensioni delle particelle
Materiali e metodi
Il TURBIDI.T™ (Rheolution Inc., QC, Canada) è un dispositivo versatile per misurare la torbidità delle soluzioni in diversi intervalli. Le caratteristiche principali includono la possibilità di (1) modificare le cartucce dell’emettitore ottico per adattarle a diverse lunghezze d’onda, (2) scegliere portacampioni che si adattino a specifici protocolli sperimentali e (3) utilizzare un tablet wireless per la raccolta, la personalizzazione, l’analisi e l’esportazione dei dati. Inoltre, il dispositivo offre una maggiore capacità di misurazione, consentendo di collegare più strumenti allo stesso tablet.
Per calibrare il TURBIDI.T™ prima del test sono stati utilizzati standard di formazina (FTU). Le cartucce usate per l’emissione e la ricezione della luce erano rispettivamente l’Emitt.635 (lunghezza d’onda di 635 nm) e la Receiv.ViS (lunghezza d’onda da 400 nm a 1000 nm).
Le particelle di silice di diverse dimensioni (160 nm, 500 nm e 1000 nm; Alpha Nanotech Inc., BC, Canada) sono state diluite in acqua distillata in 5 concentrazioni: 150, 200, 300, 400 e 500 mg/L. Le soluzioni sono state stabilizzate a 25 °C e 3 campioni di ciascuna concentrazione sono stati trasferiti in fiale da 10 mL per l’analisi (n=3). Ogni fiala è stata agitata bene prima di essere inserita nel TURBIDI.T™ per la misurazione. I risultati medi sono espressi come media ± deviazione standard. Ai dati relativi a ciascuna dimensione delle particelle è stata applicata una regressione lineare semplice.
Determinazione della dimensione delle particelle: il ruolo delle curve di torbidità-concentrazione
Risultati e discussione
I valori di torbidità per le diverse concentrazioni e dimensioni delle particelle di silice sono riportati nella Figura 1. I punti sui grafici rappresentano il valore medio di tre repliche, con piccole barre di errore che dimostrano l’elevata precisione delle misurazioni. Le regressioni lineari semplici si adattano bene ai dati sperimentali (R²>0,94). I risultati mostrano che le correlazioni tra concentrazione e torbidità dipendono dalla dimensione delle particelle, come dimostra l’aumento delle pendenze delle curve rispettivamente da 160 nm a 500 nm e a 1000 nm.
Figura 1: Relazioni tra torbidità e concentrazione delle particelle di silice in acqua distillata con diverse dimensioni delle particelle. Le curve sono state ottenute con il TURBIDI.T™ utilizzando la lunghezza d’onda di 635 nm.
Puoi ottenere una curva di riferimento per stimare la dimensione delle particelle di una soluzione sconosciuta tracciando le dimensioni delle particelle sopra indicate in funzione della rispettiva pendenza ricavata dalle curve torbidità-concentrazione. Una soluzione sconosciuta dovrebbe quindi essere testata a diverse concentrazioni per ottenere la propria pendenza (dalla curva che mette in relazione la torbidità con la concentrazione), che può essere utilizzata nella Figura 2 per stimare la dimensione delle particelle in sospensione.
Figura 2: Stima della granulometria delle particelle di silice a partire da una curva di riferimento che mette in relazione la granulometria e la pendenza (ottenuta dalle curve di turbidità-concentrazione).
Conclusioni
Lo strumento TURBIDI.T™ può essere utilizzato per stimare la dimensione delle particelle sospese in soluzione utilizzando una curva di riferimento (dimensione delle particelle in funzione delle pendenze della curva torbidità-concentrazione) ottenuta con almeno 3 punti.
Prospettive
- La dimensione delle particelle in sospensione può essere facilmente stimata utilizzando lo strumento TURBIDI.T™, molto intuitivo.
- I dati relativi alla torbidità e alla concentrazione possono essere salvati sul tablet tramite l’app Soft Matter Analytics™ e poi utilizzati ed esportati quando serve.
- La disponibilità di diverse cartucce permette agli utenti di modificare la lunghezza d’onda della luce emessa, il che può migliorare l’accuratezza e la precisione nella stima delle dimensioni delle particelle.
- La possibilità di utilizzare fiale di diverse dimensioni permette agli utenti di effettuare misurazioni con un volume minimo di campione ed elimina la necessità di complesse operazioni di manipolazione del campione, contribuendo a rendere l’esperienza più snella e intuitiva.
- La piattaforma di analisi flessibile, creata collegando più unità, risponde alle esigenze specifiche dei laboratori di ricerca e sviluppo e di controllo qualità, che spesso devono gestire grandi volumi di campioni. Offre una soluzione pratica per soddisfare le esigenze di elevata produttività di questi ambienti.
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Riferimenti
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