PIDS Technologie

Polarization Intensity Differential Scattering (PIDS) in Kombination mit Laserbeugung ermöglicht die direkte Detektion von Partikeln ab 10 nm Größe.

Die Streulichtmuster von Partikeln mit einem Durchmesser von weniger als ein paar Mikrometern sind sich in Form und Intensität sehr ähnlich. Diese physikalischen Eigenschaften machen es schwierig, die Unterschiede zwischen diesen Mustern zu erkennen, was zu einer falschen Größenbestimmung bei niedriger Auflösung sowie zu einer hohen Unsicherheit bei Auflösung in tatsächlicher Partikelgröße führt.
Die Streumuster und Feinstrukturen des vertikal polarisierten Streulichts unterscheiden sich bei kleinen Partikeln von denen des horizontal polarisierten Lichts. Die wichtigste Eigenschaft der horizontalen Streuintensität (lh) bei kleinen Partikeln besteht darin, dass ein Minimum bei rund 90° liegt. Dieses Minimum verschiebt sich bei größeren Partikeln in Richtung größerer Winkel.
Somit kann, obwohl bei kleinen Partikeln sowohl die vertikale (lv) als auch die horizon¬tale (lh) Streuintensität nur einen geringen Kontrast aufweist, die Differenz zwischen beiden eine differenziertere Feinstruktur erkennbar machen, sodass sich auch die Größe von kleinen Partikeln bestimmen lässt. Durch Kombination der Polarisationseffekte mit der Wellenlängenabhängigkeit bei großen Winkeln lässt sich die untere Größenbestimmungs-grenze auf 10 nm absenken.
Dieser kombinierte Ansatz trägt den Namen Polarization Intensity Differential Scattering (PIDS) und wurde von Beckman Coulter patentiert.

Große Partikel streuen das Licht stark in niedrigen Winkeln und mit leicht erkennbaren Maxima und Minima im Streumuster. Somit können in niedrigen Winkeln zum optischen Weg angeordnete Detektoren mit ausreichender Winkelauflösung diese Maxima und Minima erkennen.
Umgekehrt streuen kleine Partikel das Licht schwach und ohne erkennbare Maxima und Minima, bis extrem hohe Messwinkel erreicht werden. Dies erschwert die Detektion und Auflösung des Streumusters. Hersteller greifen mit unterschiedlichem Erfolg zu verschiedenen Lösungen, um diese Einschränkungen zu überwinden.
Die meisten Verfahren setzen auf die Messung des rückgestreuten Lichts. Solche Strategien helfen zwar, lösen das Problem jedoch nicht gänzlich. Deshalb hat Beckman Coulter das PIDS-System entwickelt, das erstmals eine vollständige Lösung des Problems der Partikelgrößenbestimmung im Submikrometerbereich ermöglicht. Die von PIDS genutzt Technik ist elegant, doch simpel und macht sich die Mie-Theorie der Lichtstreuung zunutze.

PIDS beruht auf der transversalen Natur des Lichts, d. h., der Tatsache, dass Licht aus einem magnetischen und einem elektrischen Vektor besteht, die im rechten Winkel zueinander stehen. Verläuft beispielsweise der elektrische Vektor „auf und ab“, bezeichnet man das Licht als vertikal polarisiert. Wenn eine Probe mit Licht einer bestimmten polarisierten Wellenlänge beleuchtet wird, erzeugt das oszillierende elektrische Feld einen Dipol, d. h. eine Oszillation, der Elektronen in der Probe. Diese Oszillationen befinden sich in derselben Polarisationsebene wie das Licht der jeweiligen Quelle.

Die oszillierenden Partikeldipole strahlen Licht in alle Richtungen außer derjenigen der bestrahlenden Lichtquelle ab. Dieses Phänomen macht sich die PIDS zunutze. Die Probe wird nacheinander mit Licht in drei Wellenlängen (475 nm, 613 nm und 900 nm) mit erst vertikaler und dann horizontaler Polarisation beleuchtet. Das LS 13 320 XR misst das Streulicht der Probe in verschiedenen Winkeln. Die Analyse der Differenzen zwischen dem horizontal und vertikal polarisierten abgestrahlten Licht bei den einzelnen Wellenlängen gibt Aufschluss über die Partikelgrößenverteilung der Probe. Gemessen werden dabei die Unterschiede zwischen den vertikal und horizontal polarisierten Signalen und nicht einfach die Werte bei einer bestimmten Polarisation.

Die Information über die Intensität in Relation zum Streuwinkel aus den PIDS-Signalen fließt dann in den Standardalgorithmus aus den Intensität/Streuwinkel-Daten der Laserlichtstreuung ein, sodass eine kontinuierliche Größenverteilung resultiert.

Ein weiterer Vorteil der Aufnahme von PIDS-Daten besteht darin, dass sich durch einfache Interpretation der Rohdaten schnell klären lässt, ob überhaupt kleine Partikel vorliegen, da bei großen Partikeln das von kleinen Partikeln erzeugte Differenzsignal fehlt.

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