Die differentielle Zentrifugalsedimentation ist ein sehr leistungsfähiges Instrument zur Analyse der Größe von Nanopartikeln, bei dem die Sedimentation von Nanopartikeln in einem angemessenen Zeitrahmen und mit extrem hoher Auflösung gemessen werden kann. Dies ist möglich, obwohl sich Nanopartikel voraussichtlich nur sehr langsam absetzen werden. Die Sedimentation durch die Schwerkraft beruht auf dem Prinzip, dass größere und schwerere Partikel schneller sedimentieren als kleinere und leichtere Partikel. Wenn Sie die Partikeldichte und die Zentrifugalkraft kennen, können Sie den Durchmesser der Stokes-Kugel berechnen. Da sehr kleine Partikel wie z.B. Nanopartikel sehr leicht sind und nur sehr langsam sedimentieren, muss die Sedimentation stark beschleunigt werden. Dies kann durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit einer kleinen Scheibenzentrifuge mit Geschwindigkeiten von bis zu 24.000 U/min erreicht werden. Die Zentrifuge kann einen recht breiten dynamischen Bereich von Partikelgrößen von 2 Nanometern bis zu 80 Mikrometern abdecken, obwohl der Schwerpunkt eindeutig auf dem Größenbereich der Nanopartikel liegt. Trotz des breiten dynamischen Partikelgrößenbereichs ist die Technik immer noch in der Lage, Partikelgrößenverteilungen mit hoher Auflösung zu analysieren.
In unserem Labor verwenden wir die neueste CPS DC24000 UHR-Zentrifuge von CPS Instruments, die wir im Jahr 2020 erworben haben und die das derzeit auf dem Markt erhältliche Spitzenmodell mit einer sehr hohen Auflösung der Nanopartikelgröße ist. Obwohl traditionell die differentielle Sedimentationsanalyse von Partikeln mit einer geringeren Dichte als Wasser nicht in Wasser analysiert werden konnte, verfügt unser Gerät über die Option, Nanopartikel mit einer geringeren Dichte als Wasser zu analysieren. Bei solchen Materialien wird das Prinzip der umgekehrten Sedimentation angewandt, da die Nanopartikel schließlich an der Oberfläche schwimmen und sich nicht am Boden absetzen. Daher werden die Partikel nicht in den oberen Teil der Flüssigkeit eingebracht, sondern die Nanopartikel werden an den Boden der flüssigen Phase verlagert und sind gezwungen, nach oben zu wandern.
Die differenzielle Zentrifugalsedimentation ist eine der verschiedenen Techniken zur Größenbestimmung von Nanopartikeln und kann als Bestätigungsmethode für die Analyse von Nanopartikeln und die Klassifizierung von Nanomaterialien verwendet werden. Obwohl die BET-Oberflächenanalyse in der Regel als Screening-Methode für das Vorhandensein von Nanopartikeln verwendet wird, gilt neben der differentiellen zentrifugalen Sedimentationsanalyse in der Scheibenzentrifuge auch die Elektronenmikroskopie als bestätigende Technik zur Identifizierung des Vorhandenseins von Nanopartikeln in festen Materialien.
