El análisis de difracción láser , también conocido como espectroscopia de difracción láser , es una tecnología que utiliza patrones de difracción de un rayo láser que pasa a través de cualquier objeto de nanómetros a milímetros de tamaño [1] para medir rápidamente las dimensiones geométricas de una partícula. Este proceso no depende del caudal volumétrico , la cantidad de partículas que atraviesan una superficie a lo largo del tiempo. [2]
Operaciones
El análisis de difracción láser se basa en la teoría de difracción de Fraunhofer , que establece que la intensidad de la luz dispersada por una partícula es directamente proporcional al tamaño de partícula. [4] El ángulo del rayo láser y el tamaño de las partículas tienen una relación inversamente proporcional, donde el ángulo del rayo láser aumenta a medida que el tamaño de las partículas disminuye y viceversa. [5]
El análisis de difracción láser se realiza mediante un láser rojo He-Ne , un láser de gas de uso común para experimentos de física que se compone de un tubo láser, una fuente de alimentación de alto voltaje y un empaque estructural. [6] [7] Alternativamente, se pueden utilizar diodos de láser azul o LED de longitud de onda más corta. La inclinación de la energía luminosa producida por el láser se detecta haciendo que un rayo de luz pase a través de una suspensión y luego a un sensor . Se coloca una lente entre el objeto que se analiza y el punto focal del detector, lo que hace que solo aparezca la difracción láser circundante. Los tamaños que el láser puede analizar dependen de la distancia focal de la lente , la distancia desde la lente hasta su punto de enfoque. A medida que aumenta la distancia focal, el área que el láser puede detectar también aumenta, mostrando una relación proporcional. Luego, se puede usar una computadora para detectar el tamaño de las partículas del objeto a partir de la energía luminosa producida y su diseño, que la computadora deriva de los datos recopilados sobre las frecuencias y longitudes de onda de las partículas . [5]
Usos
El análisis de difracción láser se ha utilizado para medir objetos del tamaño de partículas en situaciones como:
- observando la distribución de sedimentos como arcillas y lodos , con énfasis en limos y tamaños de muestras más grandes de arcilla. [8]
- determinación de mediciones in situ de partículas en estuarios . Las partículas en los estuarios son importantes ya que permiten que las especies químicas naturales o contaminantes se muevan con facilidad. El tamaño, la densidad y la estabilidad de las partículas en los estuarios son importantes para su transporte. El análisis de difracción láser se utiliza aquí para comparar las distribuciones de tamaño de partículas para respaldar esta afirmación, así como para encontrar ciclos de cambio en los estuarios que ocurren debido a diferentes partículas. [9]
- suelo y su estabilidad cuando está mojado. La estabilidad de la agregación del suelo (grupos unidos por arcilla húmeda) [10] y la dispersión de la arcilla (arcilla que se separa en suelo húmedo), [11] los dos estados diferentes del suelo en la región de la sabana del Cerrado , se compararon con análisis de difracción láser para determinar si el arado tuviera algún efecto sobre los dos. Las mediciones se realizaron antes de arar y después de arar durante diferentes intervalos de tiempo. La dispersión de la arcilla resultó no verse afectada por el arado, mientras que la agregación del suelo sí lo hizo. [12]
- deformabilidad de los eritrocitos bajo cizallamiento. [13] Debido a un fenómeno especial llamado pisar tanque , [13] la membrana del eritrocito (glóbulo rojo, glóbulo rojo) gira en relación con la fuerza de corte y el citoplasma de la célula, lo que hace que los glóbulos rojos se orienten. Los glóbulos rojos orientados y estirados tienen un patrón de difracción que representa el tamaño de partícula aparente en cada dirección, lo que permite medir la deformabilidad de los eritrocitos y la orientabilidad de las células. En un ektacitómetro [14] se puede medir la deformabilidad de los eritrocitos bajo tensión osmótica cambiante o tensión de oxígeno y se utiliza en el diagnóstico y seguimiento de anemias hemolíticas congénitas . [15]
Comparaciones
Dado que el análisis de difracción láser no es la única forma de medir partículas, se ha comparado con el método de tamiz-pipeta, que es una técnica tradicional para el análisis del tamaño de grano . Cuando se compararon, los resultados mostraron que el análisis de difracción láser realizaba cálculos rápidos que eran fáciles de recrear después de un análisis único, no necesitaban muestras de gran tamaño y producían grandes cantidades de datos. Los resultados se pueden manipular fácilmente porque los datos están en una superficie digital. Tanto el método de tamiz-pipeta como el análisis de difracción láser pueden analizar objetos minúsculos, pero el análisis de difracción láser resultó en una mejor precisión que su método homólogo de medición de partículas. [dieciséis]
Crítica
Se ha cuestionado la validez del análisis de difracción láser en las siguientes áreas: [17]
- supuestos que incluyen partículas que tienen configuraciones aleatorias y valores de volumen. En algunas unidades de dispersión, se ha demostrado que las partículas se alinean entre sí en lugar de tener un flujo turbulento , lo que hace que se dirijan en una dirección ordenada.
- Los algoritmos utilizados en el análisis de difracción láser no están completamente validados. A veces se utilizan diferentes algoritmos para que los datos recopilados coincidan con las suposiciones hechas por los usuarios como un intento de evitar datos que parecen incorrectos.
- inexactitudes de medición debido a bordes afilados en los objetos. El análisis de difracción láser tiene la posibilidad de detectar partículas imaginarias en bordes afilados debido a los grandes ángulos que los láseres forman sobre ellas.
- en comparación con la recopilación de datos de imágenes ópticas , otra técnica de tamaño de partículas, la correlación entre las dos fue pobre para las partículas no esféricas. Esto se debe al hecho de que las teorías subyacentes de Fraunhofer y Mie solo cubren partículas esféricas. Las partículas no esféricas causan patrones de dispersión más difusos y son más difíciles de interpretar. Algunos fabricantes han incluido algoritmos en su software, que pueden compensar en parte las partículas no esféricas.
Ver también
- Tomografía de difracción
- Lista de artículos láser
Referencias
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