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Tecniche

Diffusing Wave Spectroscopy / Micro-Reologia

La MS-DWS è una tecnica di Light Scattering che caratterizza la mobilità delle particelle in un fluido.

Principio di Misura della MS-DWS

Il campione, opaco e concentrato, viene illuminato da una luce laser coerente: le particelle diffondono la luce creando un fenomeno ottico chiamato multiple-scattering, ovvero la formazione di onde d'interferenza retrodiffuse. Un'immagine d'interferenza chiamata 'speckle image' è rivelata da un detector multi-pixel.
Il movimento browniano delle particelle nel fluido provoca la deformazione dell'immagine di speckle, e il detector registra la dinamica della deformazione dello schema di speckle per quantificare la velocità di movimento delle particelle nel fluido. La sensibilità della tecnica consente di misurare anche piccolissimi spostamenti (1-100 nanometri).

Reologia e Micro-reologia

La reologia è lo studio delle proprietà di scorrimento dei materiali sottoposti ad una deformazione o stress, applicato al campione generalmente da un reometro rotazionale o capillare .
In micro-reologia, le particelle contenute nel campione sono utilizzate per sondare il fluido e misurare le deformazioni locali dovute ad uno stress applicato o semplicemente all'energia termica/movimento Browniano. Questo metodo di analisi in-situ consente, come nella reologia classica, di caratterizzare le proprietà reologiche del campione ovvero di determinare il modulo elastico G'uR e il modulo viscoso G"uR. Non invasiva, la micro-reologia diventa ideale per lo studio dei materiali 'soft' o fragili come i colloidi, i gels, i polimeri o le emulsioni.

Esistono 2 classi di micro-reologia:

  • la micro-reologia attiva, per la quale una forza esterna (campo elettrico o magnetico, optical tweezers,...) è applicata localmente alle particelle e lo spostamento che ne risulta viene misurato.
  • la microreologia passiva, per la quale non è applicato nessuno stress esterno, la misura si fa a riposo. La forza locale applicata alle particelle risulta dall'energia termale o movimento browniano, e la risposta misurata è lo spostamento medio della particella nel fluido in funzione del tempo, o Mean Square Displacement (MSD).

In un fluido semplicemente viscoso, lo spostamento delle particelle aumenta in modo lineare con il tempo, mentre in un fluido elastico, le particelle sono limitate nel loro spostamento.

Per maggiori informazioni sulla micro-reologia passiva, visita i siti web dei gruppi di D. Weitz - Harvard University e T. Mason - UCLA University che la studiano dai primi anni del 1990, o il sito della Formulaction.

Micro-reologia e Tecnica MS-DWS

La MS-DWS micro-reologia è una nuova tecnica che semplifica drasticamente le misure reologiche: nessuno stress o deformazione macroscopica applicata al campione, la reologia del campione viene esplorata dai suoi propri costituenti, ovvero le particelle.

Grazie ad una tecnica ottica di light scattering, il movimento dei costituenti del campione viene misurato e le caratteristiche reologiche sono ottenute da un formalismo ormai ben noto: dal movimento dell'immagine di speckle, la curva di de-correlazione D2 ottenuta grazie ad un algoritmo brevettato caratterizza la velocità delle particelle nel fluido. Nello stesso modo, lo spostamento medio della particella nel mezzo è calcolato (Mean Square Displacement), ed applicando la relazione di Stokes-Einstein generalizzata, i moduli viscoso ed elastico (G' e G") possono essere quantificati.

Formulaction ha sviluppato e brevettato degli algoritmi di calcolo che consentono di convertire la curva di decorrelazione ovvero il movimento delle particelle in proprietà del campione come: Elasticità - Viscosità - Fluidità.

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Le Applicazioni della MS-DWS

Non essendo limitata dalla concentrazione e dall'opacità dei campioni, la MS-DWS è ideale per la caratterizzazione di materiali concentrati quali emulsioni, gels, polimeri, etc.
Oggi  sono 2 gli strumenti della Formulaction basati sulla tecnica MS-DWS:

  • il Rheolaser Lab, per la caratterizzazione delle proprietà micro-reologiche dei 'soft  materials'
  • il Rheolaser Horus, per l'analisi dei fenomeni di 'film formation' dei coatings, vernici, cosmetici, etc.