WO2017046337A1 - VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DES MITTLEREN TRÄGHEITSRADIUS VON PARTIKELN MIT EINER GRÖßE VON ≤ 1 μM IN EINER SUSPENSION UND VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS - Google Patents

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DES MITTLEREN TRÄGHEITSRADIUS VON PARTIKELN MIT EINER GRÖßE VON ≤ 1 μM IN EINER SUSPENSION UND VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS Download PDF

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    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1029—Particle size

Definitions

  • a method for determining the mean radius of gyration ⁇ r g ) of particles having a size of ⁇ 1 ⁇ m, preferably ⁇ 500 nm, particularly preferably ⁇ 200 nm, in a suspension and an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • the method is based on the scattering of linearly polarized electromagnetic radiation on nanoparticles, which are suspended in a solution and moved through a flow cell. The irradiation takes place perpendicular to the direction of movement, wherein the scattering intensity is measured via at least four detectors which are or are arranged in defined planes in a defined plane.
  • At least one mirror may be used at the position of at least one of the detectors, which deflects the radiation to at least one detector. Based on the scattering intensities Both the mean radius of gyration ⁇ r g ) of the particles and their concentration in the suspension can be determined.
  • nanoparticles for example, size ⁇ 200 nm
  • the stress can occur during the preparation of the product, after the product has been manufactured or even when the product is being used (for example by
  • the challenge of a very exact determination with known methods is that in real colloids an interaction between the individual particles takes place. This impairs particle size determination according to the dissymmetry method.
  • the interaction can be calculated by an angle-dependent measurement of several dilutions of the analyte and using the Zimm approximation to zero concentration and zero angle.
  • this approach is problematic because the expected concentrations are so low that their detection, even undiluted, presents a challenge.
  • the intensity of the scattered light of the nanoparticles increases in proportion to the sixth power of the particle size. Therefore naturally occurring, weak impurities by larger particles usually limit the application of these methods to particles of a size of> 100 nm, which are present in high concentrations.
  • Particle size and concentration of nanoparticles can determine. Only a universal process that allows for particle size determination, concurrent computation, and exclusion of the impact of larger particle contamination while being sufficiently sensitive to cost-effectively determine low concentrations of nanoparticles can address the industry's need for quantitative characterization of products in terms of nanoparticle load.
  • the object of the present invention to provide a method and a device, with the / in a simple and sensitive way, the average radius of gyration ⁇ r g ) and the concentration of particles with a size of ⁇ 1 ⁇ , preferred ⁇ 500 nm, more preferably ⁇ 200 nm, can be determined in a suspension.
  • a method for determining the mean radius of gyration ⁇ r g ) of particles with a size of ⁇ 1 ⁇ m, preferably ⁇ 500 nm, particularly preferably ⁇ 200 nm, is provided in a suspension, comprising the steps: a) moving a suspension containing particles of a size of ⁇ 1 ⁇ , preferably ⁇ 500 nm, more preferably ⁇ 200 nm, through a flow cell with a certain flow velocity along a movement line;
  • the at least one first, second, third and fourth detectors are arranged in a plane which is parallel to the irradiation line and perpendicular to the straight line, alternatively at the position of at least one of the detectors at least one mirror for deflecting the electromagnetic Radiation is used to the at least one detector.
  • the method according to the invention makes it possible, with high sensitivity and accuracy, to determine the mean inertia rate in a quick and simple manner.
  • dius ⁇ r g of particles with a size of ⁇ 1 ⁇ , preferably ⁇ 500 nm, more preferably ⁇ 200 nm, to be determined in a suspension.
  • the determination of the mean radius of gyration ⁇ r g ) is also possible for particles having a size of more than 200 nm (eg particles with a size of ⁇ 1 ⁇ ), since the angular dependence of the scattering intensity for particles with a
  • Size of more than 200 nm is characteristic in terms of size, shape and material.
  • the method according to the invention compensates for the influence of the chemical interaction in colloidal suspensions and thus allows negligible interaction in the application of the dissymmetry method for the determination of the particle size.
  • a mirror is used at the position of at least one of the detectors (preferably of all detectors), which transmits the electromagnetic radiation to a detector (for example a CCD sensor arranged below the at least one mirror).
  • Detector deflects. If a two-dimensional detector is used, it can be read out in a spatially or angularly resolved manner.
  • the alternative solution has the effect that the detectors do not necessarily have to be arranged in the plane which intersects the flow cell. In other words, the detectors may or may not be arranged in a plane below or above the flow cell. This allows the use of planar detectors or planar detector arrays instead of detectors or detector arrays arranged in a circle around the flow cell.
  • a disposable chip can be used.
  • the flow cell advantageously has a small volume to be analyzed, for example 10-15 ⁇ , wherein at any time the complete cross section is read out over the entire beam height of the detection cell. This enables automated full characterization of larger sample volumes of, for example, 20- 50 mL within a few hours in the case of detection in flow mode.
  • the first angle ⁇ of 45 ° to 55 °, preferably 50 °, amount to the beam direction and / or ⁇ ⁇ 4 ° ⁇ 2 ⁇ ⁇ 20 ° applies.
  • the number of detection waves between 40 ° and 90 ° to the beam direction can be> 2.
  • the calculation of the mean radius of gyration ⁇ r g ) of the particles comprises the following steps:
  • M p average molecular mass of NP
  • M p average molecular mass of NP
  • a 2 second virial coefficient; and Numerical determination of the mean radius of gyration ⁇ r g ) calculated on the basis of the particles according to the following formula
  • the concentration of the particles in the suspension can be determined, wherein the determination of the concentration comprises the following steps:
  • R (ßi) ⁇ ' ⁇ Rayleigh ratio at the angle 0 ⁇ ;
  • r 2 square of the distance between the center of the scattering volume and the corresponding detector
  • M p molecular weight of the particles
  • K material and concentration related contrast factor for characterizing the scattering power of the particles
  • Step b) yields, according to combinatorial rules, the following 10 combinations without repetition:
  • the at least one first and at least one second, as well as the at least one third and at least one fourth detector, may be arranged in pairs with each other, symmetrically to the 90 ° axis or be.
  • the detectors may each contain an input surface or entrance opening which is at least partially disposed on a flow cell surface or adjacent or at least partially identical, wherein the input surface or input opening transparent to the electromagnetic radiation flat cavity, optionally an airspace, or one for electromagnetic Radiation transparent window surface is and preferably has a refractive index which is substantially similar to the refractive index of the flow cell surface, particularly preferably a refractive index, the refractive index of the flow cell surface by ⁇ 0.1, preferably ⁇ 0.05, deviates.
  • the flow cell can be any material.
  • a) have a volume of 1 to 450 ⁇ , preferably 2 to 300 ⁇ , more preferably 5 to 240 ⁇ , in particular 10 to 180 ⁇ ; b) be configured in cross-section, ie perpendicular to the flow direction of the suspension, circular, rectangular or polygonal-shaped and the flow cell preferably be configured along the direction of movement in the form of a straight circular cylinder;
  • c) contain or consist of glass and / or a polymer; and / or d) have a refractive index on a contact surface with the suspension which essentially corresponds to the refractive index of the suspension, preferably a refractive index which differs from the refractive index of the suspension by ⁇ 0.1, preferably ⁇ 0.05.
  • the suspension can be used at a flow rate of 0.02 to 2 ml / min, preferably 0.04 to 1 ml / min, more preferably 0.1 to 0.5 ml / min, in particular 0.2 to 0.3 ml / min are moved through the flow cell, preferably in a laminar flow profile.
  • Small flow rates make it possible to use a time-resolved data acquisition to identify larger particles than a time-resolved additional peak over a longer period of time as they pass the scattering point.
  • the detectors may be calibrated prior to the detection of the scattering intensity in the method, wherein preferably the calibration compensates for the deviation of the actual position of the detectors from the ideal position of the detectors.
  • the shield particularly preferably has an anti-reflective surface finish , in particular an antireflective surface containing or consisting of a black gel or a black board varnish.
  • steps a) to f) are repeated several times.
  • the detectors may be Si detectors and / or CCD sensors, preferably Si detectors, avalanche photodiodes and / or avalanche photodiode arrays with or without downstream ones
  • the detected scattering intensity is corrected with an electronic data filter, preferably a histogram filter, which particularly preferably corrects the scattering intensity with respect to signals of particles having a size of> 100 nm, in particular by subtracting these signals.
  • Electronic data pre-filtration makes it possible to calculate the contribution of the larger particles in the solution during the evaluation and thereby make the small particles "visible” despite the presence of the large ones, thus increasing the sensitivity of the measurement to the smallest particles.
  • the electromagnetic radiation can be any electromagnetic radiation.
  • a) have a wavelength in the range of 250 nm to 800 nm, preferably 320 nm to 500 nm, more preferably 360 nm to 450 nm, in particular 380 nm to 420 nm; and or
  • b) be monochromatic; c) be linearly polarized parallel or perpendicular to the movement line; and or
  • a laser light source preferably a laser diode
  • the mean size of the particles can be determined based on the Tyndall effect.
  • the radiation source can be any radiation source.
  • the radiation source is or are arranged at an angle to the irradiation line and the electromagnetic radiation is deflected via at least one mirror onto the irradiation line.
  • the advantage of the arrangement of at least one mirror at the location of the radiation source is that the radiation source need not be arranged in the plane which intersects the flow cell (more precisely: the scattering point).
  • the arrangement of the radiation source is flexible, i.
  • the radiation source may be located below or above the flow cell.
  • a device for determining the mean radius of gyration ⁇ r g ) of particles having a size of ⁇ 1 ⁇ m, preferably ⁇ 500 nm, particularly preferably ⁇ 200 nm, is provided in a suspension containing
  • a flow cell optionally with a pump device for moving a suspension containing particles of a size of ⁇ 1 ⁇ , preferably ⁇ 500 nm, more preferably ⁇ 200 nm, and / or a Referenzfluid without particles at a certain flow velocity along a straight line;
  • At least one first and second detector for detecting at least two first scattering intensities of the electromagnetic radiation, wherein the at least one first detector to the irradiation line at a first angle ⁇ and the at least one second detector to the irradiation line at a second angle 180 ° - ⁇ is arranged ;
  • At least one third and fourth detector for detecting at least two further scattering intensities of the electromagnetic radiation, wherein the at least one third detector for the irradiation line at a third angle ⁇ 2 and the at least one fourth detector for the irradiation line at a fourth angle 180 ° - ⁇ 2 is arranged; and e) a computing unit which is configured to subtract at least the scattering intensities of a reference solution without particles from the respectively detected scattering intensities of a suspension containing particles detected at the first, second, third and fourth detectors and from the at least four differences the mean radius of gyration ⁇ r g ) of the particles,
  • the at least one first, second, third and fourth detectors are arranged in a plane which is parallel to the irradiation line and perpendicular to the straight line, alternatively at the position of at least one of the detectors at least one mirror for deflecting the electromagnetic radiation the at least one detector is arranged.
  • the device contains a mirror at the position of at least one of the detectors (preferably of all detectors).
  • at least one detector preferably all detectors, optionally in the form of a CCD array
  • the device may be characterized in that the first angle ⁇ of 45 ° to 55 °, preferably 50 °, to the beam direction and / or ⁇ ⁇ 4 ° ⁇ 2 ⁇ + 20 ° applies.
  • the number of detection waves between 40 ° and 90 ° to the beam direction can be> 2.
  • the arithmetic unit can be set to (eg be programmed) to determine the average inertia radius ⁇ r g ) of the particles via the following steps: a) calculating a value Zi from the first two scatter intensities according to the formula
  • Iiscr-ei scattering intensity at the second angle 180 ° - ⁇ ;
  • M p average molecular mass of NP
  • ⁇ 2 scattering intensity at the third angle ⁇ 2 ;
  • M p average molecular mass of NP
  • the arithmetic unit can be set to determine the concentration of the particles in the suspension, the determination of the concentration comprising the following steps:
  • r 2 square of the distance between the center of the scattering volume and the corresponding detector
  • M p molecular weight of the particles
  • K material and concentration related contrast factor for characterizing the scattering power of the particles
  • the pair of at least one first and at least one second detector and / or the pair of at least one third and at least one fourth detector are arranged symmetrically to the 90 ° axis.
  • the detectors may each contain an input surface or entrance opening which is at least partially disposed on a flow cell surface or adjacent or at least partially identical, wherein the input surface or input opening transparent to the electromagnetic radiation flat cavity, optionally an airspace, or one for electromagnetic Radiation transparent window surface is and preferably has a refractive index which is substantially similar to the refractive index of the flow cell surface, more preferably a refractive index which differs from the refractive index of the flow cell surface by ⁇ 0.1, preferably ⁇ 0.05.
  • the flow cell can
  • b) be configured in cross-section, ie perpendicular to the flow direction of the suspension, circular, rectangular or polygonal-shaped, wherein the flow cell is preferably configured along the direction of movement in the form of a straight circular cylinder;
  • c) contain or consist of glass and / or a polymer; and / or d) have a refractive index on a contact surface with the suspension which essentially corresponds to the refractive index of the suspension, preferably a refractive index which is equal to the refractive index of the
  • the flow cell can be designed like the measuring cell described in WO 2007/074038 A1 and can also be part of the measuring chip described in WO 2007/074038 A1.
  • This has the advantage that the Path between the scattering volume and the detector is reduced (reflection reduction) and thus the apparatus for performing the method can be built small and compact (miniaturization).
  • the scattered electromagnetic radiation in the form of webs in the direction of the different scattering angles can be passed separately through a space filled with air or a light-absorbing medium.
  • the drive device is suitable, the suspension with a flow rate of 0.02 to 2 mL / min, preferably 0.04 to 1 mL / min, more preferably 0.1 to 0.5 mL / min, in particular 0.2 to 0.3 mL / min, to move through the flow cell, preferably in a laminar flow profile.
  • a flow rate 0.02 to 2 mL / min, preferably 0.04 to 1 mL / min, more preferably 0.1 to 0.5 mL / min, in particular 0.2 to 0.3 mL / min, to move through the flow cell, preferably in a laminar flow profile.
  • Small flow rate flow cell with time-resolved data acquisition over a longer period of time allows larger particles to be identified as a time-resolved extra peak as they cross the light beam.
  • the arithmetic unit may be suitable for calibrating the detectors prior to the detection of the scattering intensity, the calibration preferably compensating for the deviation of the actual position of the detectors from the ideal position of the detectors.
  • At least one radiation path from the scattering point to at least one detector with respect to a radiation path from the scattering point to at least one adjacent detector is optically isolated, preferably by a non-transparent electromagnetic radiation shield along the radiation path, the shield particularly preferably has an anti-reflection surface , in particular an antireflective surface containing or consisting of a black gel or a black board varnish.
  • an anti-reflection surface in particular an antireflective surface containing or consisting of a black gel or a black board varnish.
  • steps a) to f), are repeated several times.
  • the detectors may be Si detectors and / or CCD sensors, preferably Si detectors, avalanche photodiodes and / or
  • the device may be suitable for correcting the detected scattering intensity with an electronic data filter, preferably one
  • Histogram filter which particularly corrects the scattering intensity with respect to signals of particles of a size of> 100 nm, in particular by
  • the radiation source can be any radiation source.
  • a) be suitable for emitting and / or emitting a wavelength in the range of 250 nm to 800 nm, preferably 320 nm to 500 nm, particularly preferably 360 nm to 450 nm, in particular 380 nm to 420 nm
  • c) be capable of emitting linearly polarized light parallel or perpendicular to the straight line of motion; and or d) a laser light source, preferably a laser diode, contain or consist of.
  • the computing unit may be configured to determine the average size of the particles based on the Tyndall effect.
  • the device may further comprise a membrane for separating particles of a size of> 1 ⁇ , preferably> 500 nm, more preferably> 200 nm, optionally> 100 nm, of a suspension containing a liquid and particles of a size of ⁇ 1 ⁇ , preferably ⁇ 500 nm, particularly preferably ⁇ 200 nm, optionally ⁇ 100 nm, and particles having a size of> 1 ⁇ m, preferably> 500 nm, particularly preferably> 200 nm, optionally> 100 nm.
  • a prefiltered suspension eg with pore size of 200 nm or 100 nm into the flow cell, which further improves the sensitivity of the measurement with respect to small diameter particles.
  • the radiation source can be any radiation source.
  • ii) be arranged at an angle to the irradiation line and the arrangement comprise at least one mirror, which is arranged so that it deflects the electromagnetic radiation of the radiation source on the irradiation line.
  • the advantage of the mirrored arrangement is that the radiation source need not be located in the plane that intersects the flow cell. Consequently, the radiation source can also be arranged below or above the flow cell, which allows a more compact design of the device.
  • Figure 1 shows a schematic representation of the geometric arrangement of a device according to the invention. From the illustration, the flow cell 1, the radiation source 3 and the individual detectors Dl, D2, D3, D4, D5, D6, which are used in the method according to the invention or the device according to the invention. Via a radiation source 3, linearly polarized electromagnetic radiation is directed along an irradiation line 4 onto a flow cell 1. Through the flow cell, a suspension with the particles to be measured along a straight line 2 is passed, the movement line 2 is perpendicular to the irradiation line 4.
  • a first detector Dl In a plane around the flow cell 1, which is parallel to the irradiation line 4 and perpendicular to the straight line 2, a first detector Dl, a second detector D2, a third detector D3, a fourth detector D4, a fifth detector D5 and a sixth detector D6 each measuring the scattering intensities at a first, second, third, fourth, fifth and the irradiation intensity at a sixth angle. From the scattering intensities at the first to fourth angles, the mean radius of gyration ⁇ r g ) is determined according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the geometric arrangement of another device according to the invention.
  • the arrangement of the flow cell 1, the radiation source 3 and the individual, here 20 detectors Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, Dil, D12, D13, D14, D15, D16, D17, D18, D19, D20 is shown. Pairs of values for a certain angle ⁇ and its associated angle 180 ° - ⁇ each form the detectors Dl and D2,
  • the mean radius of gyration ⁇ r g is calculated from the averaged and corrected to larger particles intensity values according to the Dissymmetriemethode from the data for two corresponding, set symmetrically to the movement lines measurement angles.
  • ⁇ ( ⁇ ⁇ ) / ⁇ (180 ° - ⁇ ⁇ ) a quotient of the form factors corresponding to the angles ⁇ and 180 ° - ⁇ ⁇ , which depends on the shape of the particles and their size and from which the mean radius of gyration can be calculated.
  • a 2 second virial coefficient (responsible for the interaction);
  • M p molecular weight of the particles.
  • this is calculated by the Zimm method.
  • the interaction is calculated from the angle-dependent measurement of the quotient of ⁇ , and 180 ° - ⁇ , for two angle pairs Zi and Z 2 . From Zi and Z 2 the difference (Zi-Z 2 ), the value (Zi / Z 2 - 1) and the mean value are calculated
  • Zi / Z 2 ⁇ ( ⁇ ) / ⁇ ( ⁇ 2 ) ⁇ ⁇ (180 ° - ⁇ 2 ) / ⁇ (180 ⁇ - ⁇ ) ⁇ [(1-f (A 2 , c, M p ) ⁇ ( ⁇ ( ⁇ ) - ⁇ (180 ° - ⁇ ))] / [(1-f (A 2 , c, M p ) ⁇ ( ⁇ ( ⁇ 2 ) / ⁇ (180 ° - ⁇ 2 ))] - 1;
  • the concentration can then be calculated from the angle-dependent measured intensities.
  • the intensity measured at at least five (optionally also six) scattering angles is used.
  • K / R (0i) 1 / (M ⁇ p ⁇ ( ⁇ ) ⁇ c) + 2A2? / P / V;
  • r distance from detection cell to detector or mirror
  • V scattering volume
  • K / R (0i) - K / R (0 2 ) 1 / (Mp ⁇ c) ⁇ [1 / P 1) - 1 / P (0 2 )];
  • the standard deviation provides a measure of the accuracy of the method, thus indicating a systemic inaccuracy of the device of the invention (e.g., a design-related slight deviation of the detectors from the ideal angle) that can be compensated for by a corresponding calibration.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung des mittleren Trägheitsradius (rg) von Partikeln mit einer Größe von ≤ 1 μm in einer Suspension und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Das Verfahren basiert auf der Streuung von linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung an Nanopartikeln, die suspendiert in einer Lösung durch eine Durchflusszelle bewegt werden. Die Bestrahlung erfolgt senkrecht zur Bewegungsrichtung, wobei die Streuungsintensität über mindestens vier Detektoren gemessen wird, die in einer definierten Ebene in definierten Winkeln angeordnet werden bzw. sind. Alternativ kann an der Position von mindestens einem der Detektoren mindestens ein Spiegel verwendet werden, der die Strahlung auf mindestens einen Detektor ablenkt. Anhand der Streuungsintensitäten kann sowohl der mittlere Trägheitsradius (rg) der Partikel als auch deren Konzentration in der Suspension bestimmt werden.

Description

Verfahren zur Bestimmung des mittleren Trägheitsradius von Partikeln mit einer Größe von < 1 um in einer Suspension und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) von Partikeln mit einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, in einer Suspension und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Das Verfahren basiert auf der Streuung von linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung an Nanopartikeln, die suspendiert in einer Lösung durch eine Durchflusszelle bewegt werden. Die Bestrahlung erfolgt senkrecht zur Bewegungsrichtung, wobei die Streuungsintensität über mindestens vier Detektoren gemessen wird, die in einer definierten Ebene in definierten Winkeln angeordnet werden bzw. sind. Alternativ kann an der Position von mindestens einem der Detektoren mindestens ein Spiegel verwendet werden, der die Strahlung auf mindestens einen Detektor ablenkt. Anhand der Streuungsintensitäten kann sowohl der mittlere Trägheitsradius <rg) der Partikel als auch deren Konzentration in der Suspension bestimmt werden.
Es besteht der Verdacht, dass Nanopartikel (z.B. Größe < 200 nm) gesundheit- liehe Folgen bei Menschen und Tieren haben können und somit sicherheitsrelevant in Bezug auf den Umweltschutz sind. Deshalb gibt es eine dringende Notwendigkeit zur Überwachung von Herstellungsverfahren bestimmter Produkte, bei welchen Belastungen mit Nanopartikeln auftreten. Die Belastung kann während der Aufbereitung des Produkts, nach der Herstellung des Pro- dukts oder auch erst bei der Verwendung des Produkts auftreten (z.B. durch
Hydrolyse).
Die Notwendigkeit der Charakterisierung von industriellen Produkten ist nicht nur von der Wissenschaft und der Politik erkannt worden, sondern wird der- zeit, auch durch die aktuellen Verschärfungen diesbezüglicher Regularien, von der Wirtschaft umgesetzt. Ähnlich wie bei der Partikelzählung in Luft entsprechend der ISO 11 057:2011 Norm soll eine optische Messung für Kolloide, basierend auf dem Tyndall-Effekt, entwickelt werden. Gerade zur Abschätzung von umweltrelevanten Expositionen in aquatischen Systemen fehlt derzeit noch eine spezifische Analytik. Entsprechende kommerzielle Geräte für die
Durchführung einer Charakterisierung in einem Auftragslabor sind bislang nicht verfügbar.
Der Gehalt an schwerlöslichen Substanzen in Form von Feststoff- Nanopartikeln in aquatischen Systemen wurde bei der Risikoevaluierung häufig vernachlässigt bzw. nicht besonders berücksichtigt. Bei den meisten der derzeit zur Verfügung stehenden kommerziellen Geräten kann nur innerhalb eines kleinen Bereiches des Gesamtvolumens einer Probe bei relativ hohen Konzentrationen gemessen werden, was in der Regel nicht für die zu erwar- tende, durchschnittliche Partikelkonzentrationen einer nach OECD-105 präparierten Probe aus einem beispielsweise Silica-haltigen Material geeignet ist.
Viele der im Stand der Technik bekannten Geräte sind nicht sensitiv genug für Messungen an pyrogenen Kieselsäure-Kolloiden mit niedrigen Partikelkonzentrationen. Bei der Charakterisierung dieser Kolloide sind grund- sätzlich zwei Aufgaben zu lösen, nämlich die Bestimmung der gemittelten Partikelgröße und die Ermittlung der Partikelkonzentration.
Einige wissenschaftliche Standardverfahren, wie die statische (SLS) und dyna- mische (DLS) Lichtstreuung, stehen für die Messung der Partikelgröße zur Verfügung und sind validiert. Allerdings ist die DLS zu arbeits- und zeitaufwendig für eine Anwendung bei der Produktcharakterisierung in der Industrie. Zudem erfordert sie ein hochqualifiziertes Personal für eine adäquate Interpretation der Messergebnisse. Seit den frühen 1950ern wurde die Partikelgröße über SLS mittels der Dissymmetrie-Methode bestimmt und anschließend die Konzentration aus der Streuintensität auf konventionelle Art und Weise berechnet.
Die Herausforderung einer möglichst exakten Bestimmung mit bekannten Verfahren liegt darin, dass in realen Kolloiden eine Wechselwirkung zwischen den Einzelpartikeln stattfindet. Dies beeinträchtigt eine Bestimmung der Partikelgröße gemäß dem Dissymmetrie-Verfahren. Die Wechselwirkung kann durch eine winkelabhängige Messung mehrerer Verdünnungen des Analyts und unter Anwendung der Zimm-Approximation auf Nullkonzentration und Nullwinkel herausgerechnet werden. Bei realen Proben ist diese Vorgehensweise problematisch, da die zu erwartenden Konzentrationen so niedrig sind, dass deren Detektion bereits unverdünnt eine Herausforderung darstellt. Zudem wächst die Intensität des Streulichts der Nanopartikel proportional zur sechsten Potenz der Partikelgröße. Deswegen beschränken natürlich vor- kommende, schwache Verunreinigungen durch größere Partikel üblicherweise die Anwendung dieser Verfahren auf Partikel einer Größe von > 100 nm, die in hohen Konzentrationen vorliegen.
Ein weiteres Problem stellen die großen Abmessungen der konventionellen Messvorrichtungen dar. Dies wird hervorgerufen durch die Notwendigkeit, die
Detektionszelle und die Detektoren räumlich voneinander zu trennen. Die Trennung ist erforderlich um zu vermeiden, dass störende Reflexionen an den transparenten Oberflächen die Detektoren erreichen, da diese Reflexionen üblicherweise viel stärker sind als das Streulicht. Solche Messvorrichtungen sind meistens auch sehr kostspielig, aufwendig in der Handhabung und lassen sich nicht soweit miniaturisieren und automatisieren, dass sie für Messungen vor-Ort oder in einem Auftragslabor geeignet sind.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Standardverfahren und Messvorrichtun- gen liegt darin, dass sie nicht gleichzeitig bzw. in einem Gerät die
Partikelgröße und Konzentration von Nanopartikeln bestimmen können. Nur ein universelles Verfahren, das eine Bestimmung der Partikelgröße mit gleichzeitiger Berechnung der Konzentration sowie den Ausschluss des Einflusses der Verunreinigung durch größere Partikel ermöglicht und dabei ausreichend sensitiv ist, um geringe Konzentrationen von Nanopartikeln kosteneffizient zu bestimmen, kann den Bedarf der Industrie nach einer quantitativen Charakterisierung von Produkten in Bezug auf die Belastung mit Nanopartikeln decken.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass derzeit kein standardisiertes Verfahren zur Verfügung steht, mit dem Partikel einer Größe von < 200 nm auch bei geringen Partikelkonzentrationen bezüglich deren mittleren Trägheitsradius <rg) und Konzentration charakterisiert werden können. Daher können zertifizierte Auftragslabore zurzeit keine Produkte auf Partikelbelastung in dem von der Industrie benötigten Umfang und zu konkurrenzfähigen Preisen prüfen.
Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem/der auf einfache und sensitive Art und Weise der mittlere Trägheitsradius <rg) und die Konzentrati- on von Partikel mit einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, in einer Suspension bestimmt werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 18. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) von Partikeln mit einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, in einer Suspension bereitgestellt, umfassend die Schritte: a) Bewegen einer Suspension enthaltend Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, durch eine Durchflusszelle mit einer bestimmten Flussgeschwindigkeit entlang einer Bewegungsgeraden;
b) Bestrahlen der Suspension in der Durchflusszelle mit linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge von < 800 nm über eine Strahlungsquelle entlang einer Bestrahlungsgeraden, wobei die Bestrahlungsgerade die Bewegungsgerade in einem Streuungspunkt schneidet; und
c) Detektion von mindestens zwei ersten Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung über mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Detektor, wobei der mindestens eine erste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem ersten Winkel θι und der mindestens eine zweite Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem zweiten Winkel 180°-θι angeordnet ist;
d) Detektion von mindestens zwei weiteren Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung über mindestens einen dritten und mindestens einen vierten Detektor, wobei der dritte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem dritten Winkel θ2 und der vierte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem vierten Winkel 180°-θ2 angeordnet ist, wobei θ2 ^ θι; e) Wiederholung der Schritte a) bis d) mit einer Referenzflüssigkeit ohne Partikel anstelle der Suspension enthaltend Partikel;
f) Bilden von mindestens vier Differenzen von Streuintensitäten, wobei jeweils die Streuintensitäten der Referenzflüssigkeit ohne Partikel von den Streuintensitäten der Suspension mit Partikel abgezogen werden;
g) Berechnung des mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel aus den mindestens vier Differenzen von Streuintensitäten,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste, zweite, dritte und vierte Detektor in einer Ebene angeordnet ist oder wird, die parallel zur Bestrahlungsgeraden und senkrecht zur Bewegungsgeraden ist, wobei alternativ an der Position von mindestens einem der Detektoren mindestens ein Spiegel zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zu dem mindestens einen Detektor verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auf schnelle und einfache Art und Weise mit hoher Sensitivität und Genauigkeit den mittleren Trägheitsra- dius <rg) von Partikeln mit einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, in einer Suspension zu bestimmen. Die Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) ist auch für Partikel möglich, die eine Größe von mehr als 200 nm aufweisen (z.B. Partikel mit einer Größe von < 1 μιη), da die Winkelabhängigkeit der Streuintensität auch für Partikel mit einer
Größe von mehr als 200 nm im Zusammenhang mit der Größe, Form und Material charakteristisch ist. Das erfindungsgemäße Verfahren gleicht den Ein- fluss der chemischen Wechselwirkung in kolloiden Suspensionen aus und erlaubt somit bei der Anwendung der Dissymmetrie-Methode für die Bestim- mung der Partikelgröße diese Wechselwirkung zu vernachlässigen.
In der alternativen Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird an der Position von mindestens einem der Detektoren (bevorzugt von allen Detektoren) ein Spiegel eingesetzt, der die elektromagnetische Strahlung auf einen Detek- tor (z.B. einen unterhalb des mindestens einen Spiegels angeordneten CCD-
Detektor) ablenkt. Wird ein flächiger Detektor eingesetzt, so kann dieser orts- bzw. winkelaufgelöst ausgelesen werden. Die Alternativlösung bewirkt, dass die Detektoren nicht zwingend in der Ebene angeordnet werden müssen, welche die Durchflusszelle schneidet. Mit anderen Worten können die Detekto- ren in einer Ebene unterhalb oder oberhalb der Durchflusszelle angeordnet sein oder werden. Dies ermöglicht den Einsatz von planaren Detektoren bzw. planaren Detektorarrays anstelle von kreisförmig um die Durchflusszelle angeordneten Detektoren bzw. Detektorarrays. Gegebenenfalls kann auch ein Einwegchip eingesetzt werden.
Wird in dem Verfahren Licht einer Wellenlänge von < 480 nm verwendet (z.B. blaues Licht) erhöht dies die Streuintensität der Kleinstpartikel erhöht damit die Sensitivität deren Messung. Die Durchflusszelle weist vorteilhafterweise ein kleines zu analysierendes Volumen, von beispielsweise 10-15 μί, auf, wobei zu jedem Zeitpunkt der komplette Querschnitt über die gesamte Strahlhöhe der Detektionszelle ausgelesen wird. Dies ermöglicht bei einer Detektion im Durchflussmodus eine automatisierte komplette Charakterisierung größerer Probenvolumina von z.B. 20- 50 mL innerhalb wenigen Stunden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der erste Winkel θι von 45° bis 55°, bevorzugt 50°, zur Strahlrichtung betragen und/oder θι ± 4° < θ2 < θι ± 20° gilt.
Die Anzahl der Detektionswinken zwischen 40° und 90° zur Strahlrichtung kann > 2 sein.
Bevorzugt umfasst die Berechnung des mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel die folgenden Schritte:
a) Berechnen eines Werts Zi aus den mindestens zwei ersten Streuintensitäten gemäß der Formel
2A2MpcPY
ΖΛ = 1 - so°-e1 Ρΐ80°-θ1 (1 + 2A2MpcPP q)e) wobei
ΙΘΙ: Streuintensität beim ersten Winkel θι;
Ii80°-ei: Streuintensität beim zweiten Winkel 180°-θι;
Ρ(θι)/Ρ(180°-θι): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel ergibt;
Mp: gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2. zweiter Virialkoeffizient; und
b) Berechnen eines Werts Z2 aus den mindestens zwei weiteren Streuintensitäten gemäß der Formel
'Θ, 2A2MpCpY
eo°-e7 (l+2A2MpCpP(q)e) (Po 18O°-02 wobei
le2: Streuintensität beim dritten Winkel θ2;
li8o°-e2: Streuintensität beim vierten Winkel 180°-θ2;
Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel ergibt;
Mp: gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2 : zweite Virialkoeffizient; und Numerische Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) anhand für die Partikel gemäß der folgenden Formel berechnete
Kalibrationskurve:
F«rg» = O^ - pi - Zz + iZj/Zz - l)].
In einem weiteren Schritt des Verfahrens kann die Konzentration der Partikel in der Suspension bestimmt werden, wobei die Bestimmung der Konzentration die folgenden Schritte umfasst:
a) Detektion von einer Streuintensität 90° zur Bestrahlungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung über einen fünften Detektor und Detektion der Einstrahlintensität l0 über einen sechsten Detektor, wobei der fünfte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem fünften Winkel von 90° und der sechste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem sechsten Winkel von 180° angeordnet wird oder ist;
b) Berechnung von R(0i), R(0m) eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten I Im bei der EinStrahlungsintensität /0
wobei
R(ßi) = ~ '■ Rayleigh-Verhältnis unter dem Winkel 0έ;
IQ V Θ i
V: Streuvolumen und
r2 : Quadrat des Abstands zwischen dem Zentrum des Streuvolumens und dem entsprechenden Detektor;
c) Paarweise Kombination der mindestens beim ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Winkel detektierten Streuintensitäten untereinander und Berechnen von mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q gemäß der Formel
q = 1/(MP*K)*[1/P(0i)-1/P(0m)]/[1/R(0i)-1/R(0m)]
wobei
Mp: Molekulargewicht der Partikel;
K: auf Material und Konzentration bezogener Kontrastfaktor zur Charakterisierung des Streuvermögens der Partikel;
P(0i),P(0m): Formfaktoren für Streusignale eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten;
R(0i),R(0m): von Material und Partikelgröße abhängige Rayleigh- Verhältnisse eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten; und d) Berechnen des Mittelwerts der mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q und Berechnen der Standardabweichung.
Die paarweise Kombination der mindestens beim ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Winkel detektierten Streuintensitäten untereinander (in
Schritt b)) ergibt nach kombinatorischen Regeln die folgenden 10 Kombinationen ohne Wiederholung:
1. Winkel - 2. Winkel;
1. Winkel - 3. Winkel;
1. Winkel - 4. Winkel;
1. Winkel - 5. Winkel;
2. Winkel - 3. Winkel;
2. Winkel - 4. Winkel;
2. Winkel - 5. Winkel;
3. Winkel - 4. Winkel;
3. Winkel - 5. Winkel; und
4. Winkel - 5- Winkel.
Der mindestens eine erste und mindestens eine zweite, sowie der mindestens eine dritte und mindestens eine vierte Detektor, können, paarweise untereinander, symmetrisch zu der 90°-Achse angeordnet werden oder sein.
Die Detektoren können jeweils eine Eingangsfläche oder Eingangsöffnung enthalten, die zumindest bereichsweise an einer Durchflusszellenoberfläche angeordnet ist oder angrenzt oder zumindest bereichsweise mit dieser identisch ist, wobei die Eingangsfläche oder Eingangsöffnung ein für die elektromagnetische Strahlung transparenter flacher Hohlraum, optional ein Luftraum, oder eine für elektromagnetische Strahlung transparente Fensterfläche ist und bevorzugt einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen ähn- lieh zum Brechungsindex der Durchflusszellenoberfläche ist, besonders bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der Durchflusszellenoberfläche um < 0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht.
Die Durchflusszelle kann
a) ein Volumen von 1 bis 450 μΙ, bevorzugt 2 bis 300 μΙ, besonders bevorzugt 5 bis 240 μΙ, insbesondere 10 bis 180 μΙ, aufweisen; b) im Querschnitt, also senkrecht zur Durchflussrichtung der Suspension, kreisförmig, rechteckig oder Polygon-förmig ausgestaltet sein und die Durchflusszelle bevorzugt entlang der Bewegungsrichtung in Form eines geraden Kreiszylinders ausgestaltet sein;
c) Glas und/oder ein Polymer enthalten oder daraus bestehen; und/oder d) auf einer Berührungsoberfläche mit der Suspension einen Brechungsindex aufweisen, der im Wesentlichen dem Brechungsindex der Suspension entspricht, bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der Suspension um <0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht.
Die Suspension kann mit einer Durchflussrate von 0,02 bis 2 mL/min, bevorzug 0,04 bis 1 mL/min, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 mL/min, insbesondere 0,2 bis 0,3 mL/min durch die Durchflusszelle bewegt werden, bevorzugt in einem laminaren Strömungsprofil. Kleine Durchflussraten ermöglichen es, mit einer zeitaufgelösten Datenaufnahme in einer längeren Zeitspanne größere Partikel als einen zeitaufgelösten Zusatzpeak zu identifizieren, während diese den Streuungspunkt passieren.
Die Detektoren können vor der Detektion der Streuintensität in dem Verfahren kalibriert werden, wobei bevorzugt durch die Kalibration die Abweichung der tatsächlichen Position der Detektoren von der Idealposition der Detektoren ausgeglichen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu mindestens einem Detektor gegenüber einem Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu mindestens einem benachbarten Detektor optisch isoliert, bevorzugt durch eine für die elektromagnetische Strahlung intransparente Abschirmung entlang des Strahlungswegs, wobei die Abschirmung besonders bevorzugt eine Antireflex-Oberflächenbeschaffenheit aufweist, insbesondere eine Antireflex-Oberfläche, die ein schwarzes Gel oder einen schwarzen Tafellack enthält oder daraus besteht. Dadurch kann eine Totalreflexion an Lichtwellenleiterwänden entlang des Strahlungswegs unterdrückt werden, so dass nur die gewünschten Streuphotonen zu dem entsprechenden Detektor gelangen. Das Verfahren kann dadurch gekennzeichnet sein, dass folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Bewegen der Suspension mit den Partikel durch die Durchflusszelle; b) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Suspension in der Durchflusszelle;
c) Bewegen von Luft oder einem anderen geeigneten Trennmedium durch die Durchflusszelle zur räumlichen Trennung der Suspension und der Referenzlösung;
d) Bewegen einer Referenzlösung, die aus der Suspension ohne Partikel be- steht, durch die Durchflusszelle;
e) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Referenzlösung in der Durchflusszelle; und
f) Abzug der für die Referenzlösung gemessenen Streuintensität von der für die Suspension ermittelten Streuintensität;
wobei bevorzugt die Schritte a) bis f) mehrmals wiederholt werden.
Bei den Detektoren kann es sich um Si-Detektoren und/oder CCD-Sensoren handeln, bevorzugt Si-Detektoren, Avalanche-Photodioden und/oder Avalanche-Photodiodenarrays mit oder ohne nachgeschalteten
Impedanzverstärker.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die detektierte Streuintensität mit einem elektronischen Datenfilter, bevorzugt einem Histogrammfilter, korrigiert, der die Streuintensität besonders bevorzugt in Bezug auf Signale von Partikeln einer Größe von > 100 nm korrigiert, insbesondere durch Subtraktion dieser Signale. Die elektronische Datenvorfiltration ermöglicht den Beitrag der größeren Partikel in der Lösung bei der Auswertung herauszurechnen und dadurch die kleine Partikel trotz der Anwesenheit der großen„sichtbar" zu machen. Dadurch ist die Empfindlichkeit der Messung gegenüber den Kleinstpartikeln erhöht.
Die elektromagnetische Strahlung kann
a) eine Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 800 nm, bevorzugt 320 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt 360 nm bis 450 nm, insbesondere 380 nm bis 420 nm, aufweisen; und/oder
b) monochromatisch sein; c) parallel oder senkrecht zur Bewegungsgeraden linear polarisiert sein; und/oder
d) über eine Laserlichtquelle, bevorzugt eine Laserdiode, erzeugt werden.
Die mittlere Größe der Partikel kann basierend auf dem Tyndall-Effekt bestimmt werden.
In einem Schritt vor Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. vor dem Bewegen der Partikel durch die Durchflusszelle, kann eine Suspension enthaltend eine Flüssigkeit und Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, optional < 100 nm, und Partikel einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm, durch eine Membran filtriert werden, wobei die Partikel einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm, von der Suspension abgetrennt werden.
Die Strahlungsquelle kann
i) entlang der Bestrahlungsgerade angeordnet werden oder sein; oder ii) die Bestrahlungsquelle in einem Winkel zur Bestrahlungsgeraden angeordnet werden oder sein und die elektromagnetischen Strahlung über mindestens einen Spiegel auf die Bestrahlungsgerade abgelenkt werden.
Der Vorteil an der Anordnung mindestens eines Spiegel an der Stelle der Strahlungsquelle ist, dass die Strahlungsquelle nicht in der Ebene angeordnet werden muss, welche die Durchflusszelle (genauer: den Streuungspunkt) schneidet. Als Folge hiervon ist die Anordnung der Strahlungsquelle flexibel d.h. die Strahlungsquelle kann beispielsweise unterhalb oder oberhalb der Durchflusszelle angeordnet werden oder sein.
Ferner wird eine Vorrichtung zur Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) von Partikeln mit einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, in einer Suspension bereitgestellt, enthaltend
a) eine Durchflusszelle, optional mit einer Pumpvorrichtung zur Bewegung einer Suspension enthaltend Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, und/oder einer Referenzflüs- sigkeit ohne Partikel mit einer bestimmten Flussgeschwindigkeit entlang einer Bewegungsgeraden;
b) eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung der Suspension in der Durchflusszelle mit linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung einer Wellen- länge von < 800 nm entlang einer Bestrahlungsgeraden, wobei die Bestrahlungsgerade die Bewegungsgerade in einem Streuungspunkt schneidet; und
c) mindestens einen ersten und zweiten Detektor zur Detektion von mindestens zwei ersten Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung, wobei der mindestens eine erste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem ersten Winkel θι und der mindestens eine zweite Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem zweiten Winkel 180°-θι angeordnet ist;
d) mindestens einen dritten und vierten Detektor zur Detektion von mindestens zwei weiteren Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung, wobei der mindestens eine dritte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem dritten Winkel θ2 und der mindestens eine vierte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem vierten Winkel 180°-θ2 angeordnet ist; und e) eine Recheneinheit, die dazu konfiguriert ist, mindestens die am ersten, zweiten, dritten und vierten Detektor detektierten Streuintensitäten ei- ner Referenzlösung ohne Partikel von den jeweils dort detektierten Streuintensitäten einer Suspension enthaltend Partikel abzuziehen und aus den mindestens vier Differenzen den mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel zu berechnen,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste, zweite, dritte und vierte Detektor in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zur Bestrahlungsgeraden und senkrecht zur Bewegungsgeraden ist, wobei alternativ an der Position von mindestens einem der Detektoren mindestens ein Spiegel zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zu dem mindestens einen Detektor angeordnet ist.
In der alternativen Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe enthält die Vorrichtung an der Position von mindestens einem der Detektoren (bevorzugt von allen Detektoren) einen Spiegel. Dabei kann mindestens ein Detektor (bevorzugt alle Detektoren, optional in Form eines CCD-Arrays)) entweder unter- halb oder oberhalb des mindestens einen Spiegels angeordnet sein. Die Vorrichtung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der erste Winkel θι von 45° bis 55°, bevorzugt 50°, zur Strahlrichtung beträgt und/oder θι ± 4° < θ2 < θι + 20° gilt.
Die Anzahl der Detektionswinken zwischen 40° und 90°zur Strahlrichtung kann > 2 sein.
Die Recheneinheit kann darauf eingestellt sein (z.B. programmiert sein), den mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel über folgende Schritte zu ermitteln a) Berechnen eines Werts Zi aus den beiden ersten Streuintensitäten gemäß der Formel
Figure imgf000016_0001
wobei
lei: Streuintensität beim ersten Winkel θι;
Iiscr-ei: Streuintensität beim zweiten Winkel 180°-θι;
Ρ(θι)/Ρ(180°-θι): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel ergibt;
Mp : gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2. zweiter Virialkoeffizient; und
b) Berechnen eines Werts Z2 aus den beiden weiteren Streuintensitäten gemäß der Formel
Figure imgf000016_0002
wobei
ΙΘ2: Streuintensität beim dritten Winkel θ2;
Ι ΐ8ο°-θ2: Streuintensität beim vierten Winkel 180°-θ2;
Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel ergibt;
Mp : gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2 : zweiter Virialkoeffizient; und c) Numerische Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) anhand einer für eine konkrete Art der Partikel gemäß der folgenden Formel berechnete Kalibrationskurve:
F«rg» = O^ - IZi - Zz + iZj/Zz- l)].
Ferner kann die Recheneinheit darauf eingestellt sein, die Konzentration der Partikel in der Suspension zu bestimmen, wobei die Bestimmung der Konzentration folgende Schritte umfasst:
a) Detektion von zwei weiteren Streuintensitäten der elektromagnetischen
Strahlung über einen fünften und sechsten Detektor, wobei der fünfte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem fünften Winkel von 90° und der sechste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem sechsten Winkel von 180° angeordnet ist;
b) Berechnung von R(0i),R(0m): von Material und Partikelgröße abhängige
Rayleigh-Verhältnisse eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten
I IM bei der EinStrahlungsintensität /0
wobei
R(^i) = ~ '■
IQ V Θ i Rayleigh-Verhältniss unter dem Winkel 0έ; V : Streuvolumen und
r2 : Quadrat des Abstands zwischen dem Zentrum des Streuvolumens und dem entsprechenden Detektor;
c) Paarweise Kombination der mindestens beim ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Winkel detektierten Streuintensitäten untereinander und Berechnen von mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q gemäß der
Formel
q = 1/(MP*K)*[1/P(0i)-1/P(0m)]/[1/R(0i)-1/R(0m)]
wobei
Mp: Molekulargewicht der Partikel;
K: auf Material und Konzentration bezogener Kontrastfaktor zur Charakterisierung des Streuvermögens der Partikel;
P(0i),P(0m): Formfaktoren für Streusignale eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten;
R(0i),R(0m): von Material und Partikelgröße abhängige Rayleigh- Verhältnisse eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten; und d) Berechnen des Mittelwerts der mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q und Berechnen der Standardabweichung.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist das Paar aus mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Detektor und/oder das Paar aus mindestens einem dritten und mindestens einem vierten Detektor symmetrisch zu der 90°-Achse angeordnet.
Die Detektoren können jeweils eine Eingangsfläche oder Eingangsöffnung enthalten, die zumindest bereichsweise an einer Durchflusszellenoberfläche angeordnet ist oder angrenzt oder zumindest bereichsweise mit dieser identisch ist, wobei die Eingangsfläche oder Eingangsöffnung ein für die elektromagnetische Strahlung transparenter flacher Hohlraum, optional ein Luftraum, oder eine für elektromagnetische Strahlung transparente Fensterfläche ist und bevorzugt einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen ähnlich zum Brechungsindex der Durchflusszellenoberfläche ist, besonders bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der Durchflusszellenoberfläche um < 0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht. Die Durchflusszelle kann
a) ein Volumen von 1 bis 450 μιη, bevorzugt 2 bis 300 μιη, besonders bevorzugt 5 bis 240 μΙ, insbesondere 10 bis 180 μΙ, aufweisen;
b) im Querschnitt, also senkrecht zur Durchflussrichtung der Suspension, kreisförmig, rechteckig oder Polygon-förmig ausgestaltet sein, wobei die Durchflusszelle bevorzugt entlang der Bewegungsrichtung in Form eines geraden Kreiszylinders ausgestaltet ist;
c) Glas und/oder ein Polymer enthalten oder daraus bestehen; und/oder d) auf einer Berührungsoberfläche mit der Suspension einen Brechungsindex aufweisen, der im Wesentlichen dem Brechungsindex der Suspension entspricht, bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der
Suspension um <0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht.
Die Durchflusszelle kann wie die in der WO 2007/074038 AI beschriebene Messzelle ausgestaltet sein und kann auch ein Teil des in der WO 2007/074038 AI beschriebenen Messchips sein. Dies hat den Vorteil, dass der Weg zwischen dem Streuvolumen und dem Detektor reduziert wird (Reflexreduktion) und damit die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens klein und platzsparend gebaut werden kann (Miniaturisierung). Zusätzlich kann hier die gestreute elektromagnetische Strahlung in Form von Stegen in Richtung der verschiedenen Streuwinkel getrennt durch einen mit Luft oder einem Licht absorbierenden Medium gefüllten Zwischenraum geleitet werden.
Bevorzugt ist die Antriebsvorrichtung dazu geeignet, die Suspension mit einer Durchflussrate von 0,02 bis 2 mL/min, bevorzugt 0,04 bis 1 mL/min, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 mL/min, insbesondere 0,2 bis 0,3 mL/min, durch die Durchflusszelle zu bewegen, bevorzugt in einem laminaren Strömungsprofil. Durchflusszelle mit kleinen Durchflussraten mit zeitaufgelösten Datenaufnahme in einer längeren Zeitspanne ermöglicht es, größere Partikel als einen zeitaufgelösten Zusatzpeak zu identifizieren, während diese den Lichtstrahl überqueren.
Die Recheneinheit kann dazu geeignet sein, die Detektoren vor der Detektion der Streuintensität zu kalibrieren, wobei bevorzugt durch die Kalibration die Abweichung der tatsächlichen Position der Detektoren von der Idealposition der Detektoren ausgeglichen wird. Durch diese Eignung der Recheneinheit können Fertigungstoleranzen der Vorrichtung korrigiert werden, wodurch sich die Genauigkeit des Messverfahrens steigert.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist mindestens ein Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu mindestens einem Detektor gegenüber einem Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu mindestens einem benachbarten Detektor optisch isoliert, bevorzugt durch eine für die elektromagnetische Strahlung intransparente Abschirmung entlang des Strahlungswegs, wobei die Abschirmung besonders bevorzugt eine Antireflex-Oberfläche aufweist, insbesondere eine Antireflex-Oberfläche, die ein schwarzes Gel oder einen schwarzen Tafellack enthält oder daraus besteht. Dadurch kann eine Totalreflexion an Lichtwellenleiterwänden entlang des Strahlungswegs unterdrückt werden, so dass nur Streuphotonen zu dem entsprechenden Detektor gelangen, die sich geradeaus unter dem gewünschten Streuwinkel bewegen. Die Vorrichtung kann dazu geeignet sein, die folgenden Schritte durchzuführen:
a) Bewegen der Suspension durch die Durchflusszelle;
b) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Suspension in der Durchflusszelle;
c) Bewegen von Luft oder einem anderen geeigneten Trennmedium durch die Durchflusszelle zur räumlichen Trennung der Suspension und der Referenzlösung;
d) Bewegen einer Referenzlösung, die aus der Suspension ohne Partikel be- steht, durch die Durchflusszelle;
e) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Referenzlösung in der Durchflusszelle; und
f) Abzug der für die Referenzlösung gemessenen Streuintensität von der für die Suspension ermittelten Streuintensität;
wobei bevorzugt die Schritte a) bis f), mehrmals wiederholt werden.
Bei den Detektoren kann es sich um Si-Detektoren und/oder CCD-Sensoren handeln, bevorzugt Si-Detektoren, Avalanche-Photodioden und/oder
Avalanche-Photodiodenarrays mit oder ohne nachgeschalteten
Impedanzverstärker.
Die Vorrichtung kann dazu geeignet sein, die detektierte Streuintensität mit einem elektronischen Datenfilter zu korrigieren, bevorzugt einem
Histogrammfilter, der die Streuintensität besonders bevorzugt in Bezug auf Signale von Partikeln einer Größe von > 100 nm korrigiert, insbesondere durch
Subtraktion dieser Signale.
Die Strahlungsquelle kann
a) dazu geeignet sein, eine Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 800 nm, bevorzugt 320 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt 360 nm bis 450 nm, insbesondere 380 nm bis 420 nm, zu emittieren und/oder
b) dazu geeignet sein, monochromatische elektromagnetische Strahlung zu emittieren;
c) dazu geeignet sein, parallel oder senkrecht zur Bewegungsgeraden linear polarisiertes Licht zu emittieren; und/oder d) eine Laserlichtquelle, bevorzugt eine Laserdiode, enthalten oder daraus zu bestehen.
Die Recheneinheit kann dazu konfiguriert sein, die mittlere Größe der Partikel basierend auf dem Tyndall-Effekt zu bestimmen.
Die Vorrichtung kann ferner eine Membran enthalten zur Abtrennung von Partikeln einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm, von einer Suspension enthaltend eine Flüssigkeit und Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, optional < 100 nm, und Partikel einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm. Hierbei gelangt eine vorfiltrierte Suspension (z.B. mit Porengröße von 200 nm bzw. 100 nm) in die Durchflusszelle, wodurch sich die Sensitivität der Messung bezüglich Partikel kleinen Durchmessers weiter verbessert.
Die Strahlungsquelle kann
i) entlang der Bestrahlungsgerade angeordnet sein; oder
ii) in einem Winkel zur Bestrahlungsgeraden angeordnet sein und die Anordnung mindestens einen Spiegel enthalten, der so angeordnet ist, dass er die elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle auf die Bestrahlungsgerade ablenkt.
Der Vorteil an der Anordnung mit Spiegel ist, dass die Strahlungsquelle nicht in der Ebene angeordnet werden muss, welche die Durchflusszelle schneidet. Folglich kann die Strahlungsquelle auch unterhalb oder oberhalb der Durchflusszelle angeordnet sein, was aus eine kompaktere Bauweise der Vorrichtung ermöglicht.
Anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der geometrischen Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Aus der Darstellung geht die Durchflusszelle 1, die Strahlungsquelle 3 und die einzelnen Detektoren Dl, D2, D3, D4, D5, D6, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden hervor. Über eine Strahlungsquelle 3 wird linear polarisierte elektromagnetische Strahlung entlang einer Bestrahlungsgeraden 4 auf eine Durchflusszelle 1 gerichtet. Durch die Durchflusszelle wird eine Suspension mit den zu messenden Partikeln entlang einer Bewegungsgeraden 2 geleitet, wobei die Bewegungsgerade 2 senkrecht auf der Bestrahlungsgeraden 4 steht. In einer Ebene um die Durchflusszelle 1, die parallel zur Bestrahlungsgeraden 4 und senkrecht zur Bewegungsgeraden 2 ist, ist ein erster Detektor Dl, ein zweiter Detektor D2, ein dritter Detektor D3, ein vierter Detektor D4, ein fünfter Detektor D5 und ein sechster Detektor D6 angeordnet, die jeweils die Streuintensitäten bei einem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften sowie die EinStrahlungsintensität bei einem sechsten Winkel messen. Aus den Streuintensitäten beim ersten bis vierten Winkel wird erfindungsgemäß der mittlere Trägheitsradius <rg) bestimmt. Für die Bestim- mung der Konzentration der Partikel in der Suspension wird zudem die Streuintensität beim fünften Winkel (90° zur Bestrahlungsgeraden 4), sowie zusätzlich EinStrahlungsintensität beim sechsten Winkel (180° zur Bestrahlungsgeraden 4), berücksichtigt. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der geometrischen Anordnung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Anordnung der Durchflusszelle 1, der Strahlungsquelle 3 und der einzelnen, hier 20 Detektoren Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, Dil, D12, D13, D14, D15, D16, D17, D18, D19, D20 ist dargestellt. Wertepaare für einen bestimmten Winkel θι und sei- nen dazugehörigen Winkel 180°-θι bilden jeweils die Detektoren Dl und D2,
D3 und D4, D5 und D6, D7 und D8, D9 und D10, Dil und D12, D13 und D14, D15 und D16, D17 und D18, D19 und D20. Über eine Strahlungsquelle 3 wird linear polarisierte elektromagnetische Strahlung entlang einer Bestrahlungsgeraden 4 auf eine Durchflusszelle 1 gerichtet. Durch die Durchflusszelle wird eine Suspension auch hier mit den zu messenden Partikeln entlang einer Bewegungsgeraden 2 geleitet, wobei die Bewegungsgerade 2 senkrecht auf der Bestrahlungsgeraden 4 steht. In einer Ebene um die Durchflusszelle 1, die parallel zur Bestrahlungsgeraden 4 und senkrecht zur Bewegungsgeraden 2 ist, sind die insgesamt 20 Detektoren Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, Dil, D12, D13, D14, D15, D16, D17, D18, D19, D20 angeordnet, die jeweils die
Streuintensitäten bei einem ersten bis zwanzigsten Winkel messen. Ein ei- nundzwanzigster Detektor D(0°) misst die EinStrahlungsintensität und ein zweiundzwanzigster Detektor D(90°) misst die 90°-Streuintensität. Aus den Streuintensitäten beim ersten bis zwanzigsten Winkel wird der mittlere Trägheitsradius <rg) bestimmt. Für die Bestimmung der Konzentration der Partikel in der Suspension wird zudem die Streuintensität beim zweiundzwanzigsten Winkel (90° zur Bestrahlungsgeraden 4), sowie zusätzlich Einstrahlungsintensi- tät beim einundzwanzigsten Winkel (180° zur Bestrahlungsgeraden 4), berücksichtigt.
Beispiel 1 - Berechnung des mittleren Trägheitsradius (rE)
Der mittlere Trägheitsradius <rg) wird aus den gemittelten und auf größere Partikel korrigierten Intensitätswerten entsprechend der Dissymmetriemethode aus den Daten für zwei entsprechende, symmetrisch zu der Bewegungsgeraden gesetzten Messwinkeln berechnet.
Es gilt:
Ζϊ = Ιθϊ/Ι ΐ8ο·-θϊ = Ρ(θι)/Ρ(180β-θί),
wobei
Ιθί/Ι ΐ8ο° θί: Quotient der unter den entsprechenden Winkel gemessenen Intensitäten;
Ρ(θί)/Ρ(180°-θί): ein den Winkeln θί und 180°-θί entsprechender Quotient der Formfaktoren, der von der Form der Partikel und ihrer Größe abhängt und woraus der mittlere Trägheitsradius berechnet werden kann.
Die Berechnung des mittleren Trägheitsradius anhand von Ρ(θ,)/Ρ(180°-θί) funktioniert, falls die Wechselwirkung zwischen den Partikeln und Wasser sowie den Partikeln untereinander vernachlässigbar klein ist.
Ansonsten gilt:
Ιθί/Ι ΐ80°-θί = Ρ(θί)/Ρ(180°-θί) · [1 - f(A2, c, Mp) · (Ρ(θί)/Ρ(180°-θί))],
wobei
f(A2, c, Mp) > 0;
A2: zweiter Virialkoeffizient (verantwortlich für die Wechselwirkung);
c: Konzentration der Partikel;
Mp: Molekulargewicht der Partikel. Üblicherweise wird dies nach der Zimm-Methode rausgerechnet. Erfindungsgemäß wird die Wechselwirkung wird aus der winkelabhängigen Messung der Quotient aus Θ, und 180°-θ, für zwei Winkelpaare Zi und Z2 berechnet. Aus Zi und Z2 wird die Differenz (Zi-Z2), der Wert (Zi/Z2 - 1) und der Mittelwert aus
Zi und Z2 bestimmt.
Für kleine Partikelgrößen (d/λ < 0,25, wobei d: Partikeldurchmesser und λ: Wellenlänge) gilt:
Zi = Ρίθ^/ΡίΙδΟ'-θ!) · [1 - f(A2, c, Mp) · (Ρ(θι)/Ρ(180°-θι))];
Z2 = Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2) · [1 - f(A2, c, Mp) · (Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2))];
ΔΖ = Ρ(θι)/Ρ(180°-θι) - Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2) - f(A2, c, Mp) · ([(Ρ(θι)/Ρ(180°-θι)] -
(Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2))]);
Für den Fall, dass θι und θ2 relativ nah beinander liegen, gilt:
[Ρ(θι)-Ρ(180°-θι)] - [Ρ(θ2)-Ρ(180°-Θ2)] « Ρ(θι)-Ρ(180°-θι); und
[Ρ(θι)-Ρ(180°-θι)] - [Ρ(θ2)-Ρ(180°-Θ2)] « Ρ(θ2)-Ρ(180°-Θ2); und damit
ΔΖ « Ρ(θι)/Ρ(180°-θι) - Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2) - Differenz der Quotienten im Fall einer Wechselwirkung der Partikel untereinander— 0).
Für den Quotient gilt dann:
Zi/Z2 = Ρ(θι)/Ρ(θ2) · Ρ(180°-θ2)/Ρ(180β-θι) · [(1 - f(A2, c, Mp) · (Ρ(θι)-Ρ(180°-θι))] / [(1 - f(A2, c, Mp) · (Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2))] - 1; wobei
(1 - f(A2, c, Mp) · (Ρ(θι)-Ρ(180°-θι)) * (1 - f(A2, c, Mp) · (Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2)); und Zi/Z2 - 1 = Ρ(θι)/Ρ(θ2) · Ρ(180°-θ2)/Ρ(180β-θι) - K l, mit dem Verhältnis der Quotienten Zi und Z2 im Fall einer Wechselwirkung der Partikel untereinander -> 0).
Für den Idealfall und d/λ < 0,25 gilt somit:
ΔΖ « Ζ!/Ζ2 - 1;
Da der Einfluss von f(A2, c, Mp) durch die Bildung von ΔΖ und (Zi/Z2 - 1) auf einen vernachlässigbaren kleinen Wert reduziert ist kann aus dem Mittelwert der beiden gemessenen Z die Partikelgröße berechnet werden. Dies erfolgt gemäß folgendem Zusammenhang:
[ΔΖ + Ζ!/Ζ2 - 1] / 2
Beispiel 2 - Berechnung der Partikelkonzentration
Die Konzentration kann dann aus den winkelabhängig gemessenen Intensitäten berechnet werden. Um Fertigungs- und Positionierungsfehler auszuglei- chen wird die bei mindestens fünf (optional auch sechs) Streuwinkel gemessene Intensität herangezogen.
Es gilt:
K / R(0i) = 1 / (Mp · Ρ(θι) · c) + 2A2!/P/V;
K / R(02) = 1 / (Mp · Ρ(θ2) · c) + 2A22/P/V; wobei
K = const.;
Figure imgf000025_0001
r = Abstand von Detektionszelle zum Detektor bzw. Spiegel;
R(6j) = [( nalyt - I Ref )/l θ)]θΐ
V = Streuvolumen. Ferner gilt:
K/R(0i) - K / R(02) = 1 / (Mp · c) · [l/P^) - 1/P(02)];
c = 1/(MP-K) · [1/P(0!) - 1/P(02)] / [1/R(0!) - 1/R(02)]; und
2A2 = (K/R(90°) - (l/(c · Mp · P(90°)));
Aus den fünf Winkeln entstehen dann zehn Werte für die Konzentration, die gemittelt werden und im Anschluss die Standardabweichung berechnet wird.
Die Standardabweichung liefert ein Maß für die Genauigkeit des Verfahrens, wobei somit auf eine systembedingte Ungenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschlossen werden kann (z.B. eine konstruktionsbedingte, leichte Abweichung der Detektoren bzw. Spiegel vom Idealwinkel), die über eine entsprechende Kalibration ausgeglichen werden kann.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) von Partikeln mit einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, in einer Suspension, umfassend die Schritte:
a) Bewegen einer Suspension enthaltend Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, durch eine Durchflusszelle mit einer bestimmten Flussgeschwindigkeit entlang einer Bewegungsgeraden;
b) Bestrahlen der Suspension in der Durchflusszelle mit linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge von < 800 nm über eine Strahlungsquelle entlang einer Bestrahlungsgeraden, wobei die Bestrahlungsgerade die Bewegungsgerade in einem Streuungspunkt schneidet; und
c) Detektion von mindestens zwei ersten Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung über mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Detektor, wobei der mindestens eine erste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem ersten Winkel θι und der mindestens eine zweite Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem zweiten Winkel 180°-θι angeordnet ist;
d) Detektion von mindestens zwei weiteren Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung über mindestens einen dritten und mindestens einen vierten Detektor, wobei der mindestens eine dritte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem dritten Winkel θ2 und der mindestens eine vierte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem vierten Winkel 180°-θ2 angeordnet ist, wobei θ2 ^ θι; e) Wiederholung der Schritte a) bis d) mit einer Referenzflüssigkeit enthaltend keine Partikel anstelle der Suspension enthaltend Partikel; f) Bilden von mindestens vier Differenzen von Streuintensitäten, wobei jeweils die Streuintensitäten der Referenzflüssigkeit ohne Partikel von den Streuintensitäten der Suspension mit Partikel abgezogen werden; und g) Berechnung des mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel aus den mindestens vier Differenzen von Streuintensitäten, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste, zweite, dritte und vierte Detektor in einer Ebene angeordnet ist oder wird, die parallel zur Bestrahlungsgeraden und senkrecht zur Bewegungsgeraden ist, wobei alternativ an der Position von mindestens einem der Detektoren mindestens ein Spiegel zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zu dem mindestens einen Detektor verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel θι von 45° bis 55°, bevorzugt 50°, zur Strahlrichtung beträgt und/oder θι ± 4° < θ2 < θι + 20° gilt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Detektionswinken zwischen 40° und 90°zur Strahlrichtung > 2 ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel die folgenden Schritte umfasst:
a) Berechnen eines Werts Zi aus den mindestens zwei ersten Streuintensitäten gemäß der Formel
Figure imgf000027_0001
wobei
lei: Streuintensität beim ersten Winkel θι;
Ι ΐ8ο°-θΐ: Streuintensität beim zweiten Winkel 180°-θι;
Ρ(θι)/Ρ(180°-θι): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel ergibt; Mp : gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2 : zweiter Virialkoeffizient; und
b) Berechnen eines Werts Z2 aus den mindestens zwei weiteren
Streuintensitäten gemäß der Formel
Figure imgf000028_0001
wobei
ΙΘ2: Streuintensität beim dritten Winkel θ2;
Ι Ι80°-Θ2: Streuintensität beim vierten Winkel 180°-θ2;
Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel ergibt;
Mp : gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2 : zweiter Virialkoeffizient; und
c) Numerische Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) anhand einer für die Partikel gemäß der folgenden Formel berechnete Kalibrationskurve:
F«rg» = 0,5 - [1^ 12 + (Z Z2 - 1)] .
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Konzentration der Partikel in der Suspension bestimmt wird, wobei die Bestimmung der Konzentration die folgenden Schritte umfasst:
a) Detektion von einer Streuintensität 90° zur Bestrahlungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung über einen fünften Detektor und Detektion der Einstrahlintensität l0 über einen sechsten Detektor, wobei der fünfte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem fünften Winkel von 90° und der sechste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem sechsten Winkel von 180° angeordnet wird oder ist;
b) Berechnung von R(9i), R(9m) eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten Ilt Im bei der EinStrahlungsintensität /0 wobei
Ig .
R (^i) = ~ T '· Rayleigh-Verhältnis unter dem Winkel 0έ;
IQ V θι
V: Streuvolumen und
r2 : Quadrat des Abstands zwischen dem Zentrum des Streuvolumens und dem entsprechenden Detektor;
c) Paarweise Kombination der mindestens beim ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Winkel detektierten Streuintensitäten untereinander und Berechnen von mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q gemäß der Formel
q = 1/(MP*K)* [1/P(0i)-1/P(0m)]/[1/R(0i)-1/R(0m)]
wobei
Mp: Molekulargewicht der Partikel;
K: auf Material und Konzentration bezogener Kontrastfaktor zur Charakterisierung des Streuvermögens der Partikel;
P(0i),P(0m): Formfaktoren für Streusignale eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten;
R(0i),R(0m): von Material und Partikelgröße abhängige Rayleigh- Verhältnisse eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten; und
d) Berechnen des Mittelwerts der mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q und Berechnen der Standardabweichung.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Detektors und/oder das Paar des mindestens einen dritten und mindestens einen vierten Detektors symmetrisch zu der 90°-Achse angeordnet werden oder sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren jeweils eine Eingangsfläche oder Eingangsöffnung enthalten, die zumindest bereichsweise an einer Durchflusszellenoberfläche angeordnet ist oder angrenzt oder zumindest bereichsweise mit dieser identisch ist, wobei die Eingangsfläche oder Eingangsöffnung ein für die elektromagnetische Strahlung trans- parenter flacher Hohlraum, optional ein Luftraum, oder eine für elektromagnetische Strahlung transparente Fensterfläche ist, und bevorzugt einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen ähnlich zum Brechungsindex der Durchflusszellenoberfläche ist, besonders bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der Durchflusszellenoberfläche um < 0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle
a) ein Volumen von 1 bis 450 μΙ, bevorzugt 2 bis 300 μΙ, besonders bevorzugt 5 bis 240 μΙ, insbesondere 10 bis 180 μΙ, aufweist;
b) im Querschnitt, also senkrecht zur Durchflussrichtung der Suspension, kreisförmig, rechteckig oder Polygon-förmig ausgestaltet ist und die Durchflusszelle bevorzugt entlang der Bewegungsrichtung in Form eines geraden Kreiszylinders ausgestaltet ist;
c) Glas und/oder ein Polymer enthält oder daraus besteht; und/oder d) auf einer Berührungsoberfläche mit der Suspension einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen dem Brechungsindex der Suspension entspricht, bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der Suspension um <0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension mit einer Durchflussrate von 0,02 bis 2 mL/min, bevorzug 0,04 bis 1 mL/min, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 mL/min, insbesondere 0,2 bis 0,3 mL/min durch die Durchflusszelle bewegt wird, bevorzugt in einem laminaren Strömungsprofil.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren vor der Detektion der Streuintensität kalibriert werden, wobei bevorzugt durch die Kalibration die Abweichung der tatsächlichen Position der Detektoren von der Idealposition der Detektoren ausgeglichen wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu einem Detektor gegenüber einem Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu einem benachbarten Detektor optisch isoliert ist, bevorzugt durch eine für die elektromagnetische Strahlung intransparente Abschirmung entlang des Strahlungswegs, wobei die Abschirmung besonders bevorzugt eine Antireflex-Oberflächenbeschaffenheit aufweist, insbesondere eine Antireflex-Oberfläche, die ein schwarzes Gel oder einen schwarzen Tafellack enthält oder daraus besteht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Bewegen der Suspension mit den Partikeln durch die Durchflusszelle;
b) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Suspension in der Durchflusszelle;
c) Bewegen von Luft oder einem anderen geeigneten Trennmedium durch die Durchflusszelle zur räumlichen Trennung der Suspension und der Referenzlösung;
d) Bewegen einer Referenzlösung, die aus der Suspension ohne Partikel besteht, durch die Durchflusszelle;
e) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Referenzlösung in der Durchflusszelle; und
f) Abzug der für die Referenzlösung gemessenen Streuintensität von der für die Suspension ermittelten Streuintensität;
wobei bevorzugt die Schritte a) bis f) mehrmals wiederholt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Detektoren um Si-Detektoren und/oder CCD-Sensoren handelt, bevorzugt Si-Detektoren, Avalanche- Photodioden und/oder Avalanche-Photodiodenarrays mit oder ohne nachgeschalteten Impedanzverstärker. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierte Streuintensität mit einem elektronischen Datenfilter, bevorzugt einem Histogrammfilter, korrigiert wird, der die Streuintensität besonders bevorzugt in Bezug auf Signale von Partikeln einer Größe von > 100 nm korrigiert, insbesondere durch Subtraktion dieser Signale.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung
a) eine Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 800 nm, bevorzugt 320 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt 360 nm bis 450 nm, insbesondere 380 nm bis 420 nm, aufweist; und/oder
b) monochromatisch ist;
c) parallel oder senkrecht zur Bewegungsgeraden linear polarisiert ist; und/oder
d) über eine Laserlichtquelle, bevorzugt eine Laserdiode, erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt vor Schritt a) eine Suspension enthaltend eine Flüssigkeit und Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, optional < 100 nm, und Partikel einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm, durch eine Membran filtriert wird, wobei die Partikel einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm, von der Suspension abgetrennt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle
i) entlang der Bestrahlungsgerade angeordnet wird oder ist; oder ii) die Bestrahlungsquelle in einem Winkel zur Bestrahlungsgeraden angeordnet wird oder ist und die elektromagnetischen Strahlung über mindestens einen Spiegel auf die Bestrahlungsgerade abgelenkt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) von Partikeln mit einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, in einer Suspension, enthaltend
a) eine Durchflusszelle, optional mit einer Pumpvorrichtung zur Bewegung einer Suspension enthaltend Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, mit einer bestimmten Flussgeschwindigkeit entlang einer Bewegungsgeraden;
b) eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung der Suspension in der
Durchflusszelle mit linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge von < 800 nm entlang einer Bestrahlungsgeraden, wobei die Bestrahlungsgerade die Bewegungsgerade in einem Streuungspunkt schneidet;
c) mindestens einen ersten und zweiten Detektor zur Detektion von mindestens zwei ersten Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung, wobei der mindestens eine erste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem ersten Winkel θι und der mindestens eine zweite Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem zweiten Winkel 180°-θι angeordnet ist;
d) mindestens einen dritten und vierten Detektor zur Detektion von mindestens zwei weiteren Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung, wobei der mindestens eine dritte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem dritten Winkel θ2 und der mindestens eine vierte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem vierten Winkel 180°-θ2 angeordnet ist; und
e) eine Recheneinheit, die dazu konfiguriert ist, mindestens die am ersten, zweiten, dritten und vierten Detektor detektierten Streuintensitäten einer Referenzlösung ohne Partikel von den jeweils dort detektierten Streuintensitäten einer Suspension enthaltend Parti- kel abzuziehen und aus den mindestens vier Differenzen den mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste, zweite, dritte und vierte Detektor in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zur Bestrahlungsgeraden und senkrecht zur Bewegungsgeraden ist, wobei alternativ an der Position von mindestens einem der Detektoren mindestens ein Spiegel zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zu dem mindestens einen Detektor angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel θι νοη 45° bis 55°, bevorzugt 50°, zur Strahlrichtung beträgt und/oder θι + 4° < θ2 < θι + 20° gilt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Detektionswinken zwischen 40° und 90°zur Strahlrichtung > 2 ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit darauf eingestellt ist, den mittleren Trägheitsradius <rg) der Partikel über folgende Schritte zu ermitteln: a) Berechnen eines Werts Zi aus den beiden ersten Streuintensitäten gemäß der Formel
Figure imgf000034_0001
wobei
lei: Streuintensität beim ersten Winkel θι;
Ι ΐ8ο°-θΐ: Streuintensität beim zweiten Winkel 180°-θι;
Ρ(θι)/Ρ(180°-θι): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel;
Mp : gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2 : zweite Virialkoeffizient ergibt; und Berechnen eines Werts Z2 aus den beiden weiteren Streuintensitä ten gemäß der Formel
Figure imgf000035_0001
wobei
ΙΘ2: Streuintensität beim dritten Winkel θ2;
Ι Ι80°-Θ2: Streuintensität beim vierten Winkel 180°-θ2;
Ρ(θ2)/Ρ(180°-Θ2): Quotient der Formfaktoren, der sich aus Form und Größe der Partikel ergibt;
Mp: gemittelte Molekularmasse der NP;
cP: Konzentration,
A2: zweiter Virialkoeffizient; und
c) Numerische Bestimmung des mittleren Trägheitsradius <rg) anhand einer für eine konkrete Art der Partikel gemäß der folgenden Formel berechnete Kalibrationskurve:
F«rg» = 0,5 - [1^ 12 + (Z Z2 - 1)].
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit darauf eingestellt ist, die Konzentration der Partikel in der Suspension zu bestimmen, wobei die Bestimmung der Konzentration folgende Schritte umfasst:
a) Detektion von zwei weiteren Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung über einen fünften und sechsten Detektor, wobei der fünfte Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem fünften Winkel von 90° und der sechste Detektor zur Bestrahlungsgeraden in einem sechsten Winkel von 180° angeordnet ist;
b) Berechnung von R(9i),R(9m): von Material und Partikelgröße abhängige Rayleigh-Verhältnisse eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten Ilt Im bei der EinStrahlungsintensität /0 wobei
Rayleigh-Verhältniss unter dem Winkel 0έ;
In V V : Streuvolumen und
r2 : Quadrat des Abstands zwischen dem Zentrum des Streuvolumens und dem entsprechenden Detektor;
c) Paarweise Kombination der mindestens beim ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Winkel detektierten Streuintensitäten untereinander und Berechnen von mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q gemäß der Formel
q = 1/(MP*K)*[1/P(0i)-1/P(0m)]/[1/R(0i)-1/R(0m)]
wobei
Mp: Molekulargewicht der Partikel;
K: auf Material und Konzentration bezogener Kontrastfaktor zur Charakterisierung des Streuvermögens der Partikel;
P(0i),P(0m) : Formfaktoren für Streusignale eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten;
R(0i),R(0m) : von Material und Partikelgröße abhängige Rayleigh- Verhältnisse eines beliebigen Paars aus den fünf Streuintensitäten; und
d) Berechnen des Mittelwerts der mindestens 10 unabhängigen Konzentrationen q und Berechnen der Standardabweichung.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar aus mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Detektor und/oder das Paar aus mindestens einem dritten und mindestens einem vierten Detektor symmetrisch zu der 90°- Achse angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren jeweils eine Eingangsfläche oder Eingangsöffnung enthalten, die zumindest bereichsweise an einer Durch- flusszellenoberfläche angeordnet ist oder angrenzt oder zumindest bereichsweise mit dieser identisch ist, wobei die Eingangsfläche oder Eingangsöffnung ein für die elektromagnetische Strahlung transparenter flacher Hohlraum, optional ein Luftraum, oder eine für elektromagnetische Strahlung transparente Fensterfläche ist und bevorzugt einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen ähnlich zum Bre- chungsindex der Durchflusszellenoberfläche ist, besonders bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der Durchflusszellenoberfläche um < 0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht.
25. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle
a) ein Volumen von 1 bis 450 μιη, bevorzugt 2 bis 300 μιη, besonders bevorzugt 5 bis 240 μΙ, insbesondere 10 bis 180 μΙ, aufweist;
b) im Querschnitt, also senkrecht zur Durchflussrichtung der Suspension, kreisförmig, rechteckig oder Polygon-förmig ausgestaltet ist und die Durchflusszelle bevorzugt entlang der Bewegungsrichtung in Form eines geraden Kreiszylinders ausgestaltet ist; c) Glas und/oder ein Polymer enthält oder daraus besteht; und/oder d) auf einer Berührungsoberfläche mit der Suspension einen Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen dem Brechungsindex der Suspension entspricht, bevorzugt einen Brechungsindex, der vom Brechungsindex der Suspension um <0,1, bevorzugt < 0,05, abweicht.
26. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung dazu geeignet ist, die Suspension mit einer Durchflussrate von 0,02 bis 2 mL/min, bevorzugt 0,04 bis 1 mL/min, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 mL/min, insbesondere 0,2 bis 0,3 mL/min, durch die Durchflusszelle zu bewegen, bevorzugt in einem laminaren Strömungsprofil.
27. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit dazu geeignet ist, die Detektoren vor der Detektion der Streuintensität zu kalibrieren, wobei bevorzugt durch die Kalibration die Abweichung der tatsächlichen Position der Detektoren von der Idealposition der Detektoren ausgeglichen wird.
28. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu einem Detek- tor gegenüber einem Strahlungsweg vom Streuungspunkt zu einem benachbarten Detektor optisch isoliert ist, bevorzugt durch eine für die elektromagnetische Strahlung intransparente Abschirmung entlang des Strahlungswegs, wobei die Abschirmung besonders bevorzugt eine Antireflex-Oberfläche aufweist, insbesondere eine Antireflex- Oberfläche, die ein schwarzes Gel oder einen schwarzen Tafellack enthält oder daraus besteht.
29. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Bewegen der Suspension durch die Durchflusszelle;
b) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Suspension in der Durchflusszelle;
c) Bewegen von Luft oder einem anderen geeigneten Trennmedium durch die Durchflusszelle zur räumlichen Trennung der Suspension und der Referenzlösung;
d) Bewegen einer Referenzlösung, die aus der Suspension ohne Partikel besteht, durch die Durchflusszelle;
e) Detektion der Streuintensitäten der elektromagnetischen Strahlung der Referenzlösung in der Durchflusszelle; und
f) Abzug der für die Referenzlösung gemessenen Streuintensität von der für die Suspension ermittelten Streuintensität;
wobei bevorzugt die Schritte a) bis f), mehrmals wiederholt werden.
30. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Detektoren um Si-Detektoren und/oder CCD-Sensoren handelt, bevorzugt Si-Detektoren, Avalanche- Photodioden und/oder Avalanche-Photodiodenarrays mit oder ohne nachgeschalteten Impedanzverstärker.
31. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu geeignet ist, die detektierte Streuintensität mit einem elektronischen Datenfilter zu korrigieren, bevor- zugt einem Histogrammfilter, der die Streuintensität besonders bevorzugt in Bezug auf Signale von Partikeln einer Größe von > 100 nm korrigiert, insbesondere durch Subtraktion dieser Signale.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle
a) dazu geeignet ist, eine Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 800 nm, bevorzugt 320 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt 360 nm bis 450 nm, insbesondere 380 nm bis 420 nm, zu emittieren und/oder
b) dazu geeignet ist, monochromatische elektromagnetische Strahlung zu emittieren;
c) dazu geeignet ist, parallel oder senkrecht zur Bewegungsgeraden linear polarisiertes Licht zu emittieren; und/oder
d) eine Laserlichtquelle, bevorzugt eine Laserdiode, enthält oder daraus besteht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Membran enthält zur Abtrennung von Partikeln einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm, von einer Suspension enthaltend eine Flüssigkeit und Partikel einer Größe von < 1 μιη, bevorzugt < 500 nm, besonders bevorzugt < 200 nm, optional < 100 nm, und Partikel einer Größe von > 1 μιη, bevorzugt > 500 nm, besonders bevorzugt > 200 nm, optional > 100 nm.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle
i) entlang der Bestrahlungsgerade angeordnet ist; oder
ii) in einem Winkel zur Bestrahlungsgeraden angeordnet ist und die Anordnung mindestens einen Spiegel enthält, der so angeordnet ist, dass er die elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle auf die Bestrahlungsgerade ablenkt.
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