física - óptica

La dispersión dinámica de luz (DDL o DLS, por sus siglas en inglés de "Dynamic light Scattering"), espectroscopia de correlación de fotones o dispersión cuasi-elástica de luz es una técnica físico-química empleada para la determinación de la distribución de tamaños de partículas en suspensión, o macromoléculas en solución tales como proteínas o polímeros.

Dispersión de luz dinámica (DLS)

Mediante esta técnica se puede determinar tanto el diámetro hidrodinámico de un material en suspensión como la distribución de tamaños por medio de medidas del movimiento browniano de las partículas.

Cuando se tienen partículas en solución, éstas se desplazan de manera aleatoria como consecuencia de los choques con el medio en el que están inmersas (movimiento browniano). Al hacer incidir un haz de luz sobre estas partículas es dispersado y su intensidad varía con el tiempo debido al movimiento browniano. Utilizando varios algoritmos matemáticos se puede relacionar esta variación en la intensidad con el tamaño hidrodinámico de las partículas. Parámetros como la temperatura y la viscosidad del disolvente, entre otros, influyen en el tamaño y éste, a su vez, depende tanto de la forma de la partícula como de las interacciones con las moléculas del medio en el que se encuentra.

El equipo de DLS está formado por un láser monocromático que utiliza una fuente de luz a una longitud de onda determinada. Esta luz, una vez que interacciona con las partículas es disipada en todas las direcciones, recogiéndose únicamente aquella que tiene un ángulo de 90º. Las variaciones en la intensidad de la luz son transformadas a pulsos eléctricos y éstos a los valores de diámetro hidrodinámico.

Los datos proporcionados aparecen en términos de intensidad de luz dispersada en función del tamaño (intensidad) aunque es posible determinar el diámetro hidrodinámico en distribución de volumen o de número.

 
Tamaño y distribución de tamaño de partículas analizado por DLS

La dispersión estática de luz (DEL o SLS, por sus siglas en inglés de "Static light Scattering") es una técnica físico-química que permite la determinación del peso molecular promedio en masa, el radio de giro, y el segundo coeficiente del virial, de sustancias macromoleculares, tales como polímeros o proteínas, cuando estas se encuentran en soluciones diluidas. Se basa en el efecto Tyndall,¹ o propiedad de las partículas con tamaño del orden de la longitud de onda de la luz, de dispersar la radiación a distintos ángulos los cuales que varían en función de la concentración de la sustancia así como de su naturaleza e interacción con el disolvente.

Dispersión de luz estática

Al contrario que la dispersión de luz dinámica, la dispersión de luz estática (también conocida como difracción láser) no determina el tamaño de las partículas a partir de la variación temporal sino de la dependencia de los ángulos de la intensidad de dispersión.

Para determinar el tamaño de las partículas deben irradiarse con un haz láser. La dispersión de la luz del láser provoca que, detrás de la muestra, se forme una distribución de intensidad anular característica que es medida por un detector con una forma especial. El tamaño de las partículas se determina a partir de la distancia de estos anillos (o del ángulo de dispersión correspondiente): Las partículas grandes generan anillos muy cercanos (ángulo de dispersión pequeño), mientras que las partículas pequeñas dan lugar a anillos muy separados (ángulo de dispersión grande).

Para calcular el tamaño de las partículas o la distribución del tamaño de partículas se utiliza la teoría de Fraunhofer(partículas grandes) o la teoría de Mie (partículas grandes y pequeñas).

NB: En la difracción láser estática, la muestra de material generalmente está en movimiento y circula por o atraviesa la célula de medición. El término "estática" no se refiere a la muestra, sino a la distribución de intensidad estática (equiparable). Por lo demás, la velocidad de las partículas no juega ningún papel en la dispersión de luz estática.