Logo PTB
Symbolbild "Zeitschriften"

Einzelpartikelzähler für Mikro- und Nanopartikel

Gleichzeitiges Charakterisieren und Zählen von Teilchen mit großem dynamischem Messbereich

PTBnews 1.2020
25.02.2020
Besonders interessant für

Nanopartikelforschung

Partikelanalyse

Hersteller in der Pharmazie

Halbleiterhersteller

Im Rahmen eines Technologietransferprojekts wurde an der PTB ein Durchfluss-Einzelpartikelzähler für die Detektion und Größenbestimmung von Mikro- und Nanopartikeln in Suspension entwickelt. Der daraus entstandene Prototyp deckt für Polystyrolpartikel einen dynamischen Messbereich von 80 nm bis 8 μm im Durchmesser ab.

Im Einzelpartikelzähler wird die Suspension mit einer Kanüle in den konischen Bereich der Durchflussküvette injiziert und anschließend durch die Verjüngung und den umgebenden Hüllstom beschleunigt. Dadurch werden die Partikel entlang der Strömungsrichtung separiert und passieren überwiegend einzeln den Laserfokus. Dabei wird für jedes Partikel das Streulicht in Laserstrahlrichtung (Vorwärtsstreuung) und senkrecht dazu (Seitwärtsstreuung) gemessen.

Suspensionen und Emulsionen werden in sehr unterschiedlichen Bereichen der Industrie und im Alltag eingesetzt. Beispiele dafür sind Schleif- und Poliermittel oder Körperpflegeprodukte wie Sonnencreme. Damit die Qualität und sichere Anwendung der Produkte gewährleistet ist, muss die Partikelgröße, die Größenverteilung und die Konzentration der Partikel genau bestimmt werden. Konventionelle Messverfahren zur Partikelcharakterisierung wie die dynamische Lichtstreuung können zwar zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung, nicht jedoch zur Konzentrationsmessung verwendet werden.

Aufbauend auf den Erfahrungen in der Durchflusszytometrie wurde an der PTB ein auf Lichtstreuung basierender Durchfluss-Einzelpartikelzähler konzipiert und aufgebaut. Technisch handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung eines optischen Durchflusszytometers. So wird eine Durchflussküvette mit hydrodynamischer Fokussierung zur stabilen Positionierung des Probenstroms im Detektionsfokus verwendet. Als Lichtquelle dient ein Diodenlaser. Das Streulicht wird in Laserstrahlrichtung und senkrecht dazu mithilfe asphärischer Linsen gesammelt und mit einem Photomultiplier (PMT) detektiert.

Zusätzlich zur Verbesserung der Detektionsoptik war eine teilweise Neuentwicklung der Detektionselektronik notwendig, da die Streulichtsignale der Partikel aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Lichtstreuung einen sehr großen Dynamikumfang in der Intensität aufweisen. So erwartet man einen Unterschied in der Signalintensität der Vorwärtsstreuung um den Faktor 108 für Polystyrolpartikel mit 50 nm und 10 μm Durchmesser. Zur Lösung dieses Problems wurde in Zusammenarbeit mit einem externen Elektronikentwickler ein zum Patent eingereichter Transimpedanzverstärker zur Wandlung der Stromsignale der PMTs entwickelt, der Eingangsströme mit einem Dynamikbereich von sieben Dekaden erfassen und verarbeiten kann. Damit können Mikro- und Nanopartikel in einem weiten Größenbereich simultan gezählt und charakterisiert werden.

Die Projektergebnisse wurden an das Unternehmen LUM GmbH transferiert und danach zum Aufbau eines seriennahen Prototyps genutzt.

Ansprechpartner

Martin Hussels
Fachbereich 8.3
Biomedizinische Optik
Telefon: (030) 3481-7628
Opens window for sending emailmartin.hussels(at)ptb.de