Dispersión múltiple estática de luz

¿Qué es la dispersión múltiple estática de luz?

La dispersión múltiple estática de luz (SMLS) es una técnica óptica avanzada diseñada para caracterizar directamente dispersiones líquidas concentradas, como emulsiones, suspensiones y formulaciones coloidales, sin necesidad de dilución o preparación previa de la muestra. A diferencia de las técnicas tradicionales que requieren muestras ópticamente transparentes, la SMLS opera en muestras opacas o turbias, donde la luz se dispersa múltiples veces antes de ser detectada, proporcionando información sobre la concentración y el tamaño de las partículas en un amplio rango (de 10 nm a 1000 μm) y concentraciones de hasta el 95% v/v.

Principio de funcionamiento

La técnica se basa en la emisión de un haz de luz (generalmente en el infrarrojo cercano, 880 nm) que atraviesa la muestra contenida en un recipiente de vidrio. Los fotones son dispersados múltiples veces por las partículas o gotículas en suspensión. Dos detectores síncronos miden la intensidad de la luz transmitida (a 0°) para muestras transparentes o de la luz retrodispersada (a 135°) para muestras opacas. La intensidad de la retrodispersión está relacionada con el libre camino medio de transporte (l*), que es la distancia después de la cual el fotón pierde la dirección original del haz incidente. La transmitancia está relacionada con el libre camino medio (l), que es la distancia promedio entre los centros de dispersión. Ambos parámetros dependen del tamaño y la concentración de las partículas. El equipo escanea verticalmente la celda a lo largo del tiempo, generando perfiles de intensidad que revelan fenómenos de inestabilidad como sedimentación, cremado, floculación y coalescencia.

Aplicaciones en laboratorio e industria

La SMLS se utiliza ampliamente en laboratorios de I+D y en control de calidad industrial para evaluar la estabilidad de formulaciones en sectores como farmacéutico, cosmético, alimentario, petroquímico y de materiales. Entre las aplicaciones prácticas, destacan:

• Estudios de estabilidad acelerada: seguimiento de la evolución de dispersiones a lo largo del tiempo para predecir la vida útil.
• Caracterización de nanocelulosa: evaluación de la dispersibilidad y el tamaño de agregados en suspensiones concentradas de nanocristales de celulosa, según un estudio publicado en Cellulose.
• Desarrollo de formulaciones: optimización de emulsiones y suspensiones industriales, como pinturas, pesticidas y productos de cuidado personal.
• Ensayos de toxicología in vitro: cribado simultáneo de la estabilidad y la dosimetría de dispersiones de nanopartículas.

El método está estandarizado por la norma ISO/TS 21357, que describe los procedimientos para evaluar el diámetro medio equivalente de partículas en dispersiones líquidas.

Ventajas y limitaciones

Las principales ventajas de la SMLS incluyen la no invasividad, la ausencia de preparación de muestra (análisis "tal cual"), la alta resolución para detectar variaciones de tamaño y concentración, y la rapidez en las mediciones. Además, es posible correlacionar los datos con modelos matemáticos para estimar distribuciones de tamaño de partículas y velocidades de migración en sistemas polidispersos. Como limitación, la técnica requiere una calibración adecuada y modelos de dispersión (como la teoría de Mie) para convertir intensidades en diámetros medios, y puede ser menos precisa para partículas no esféricas o con alta porosidad.

Tendencias e innovaciones recientes

Investigaciones actuales han combinado la SMLS con enfoques predictivos, como el método de Hansen, para racionalizar la dispersibilidad y la estabilidad coloidal de partículas en diferentes disolventes. Otra innovación es el acoplamiento de la SMLS con modelos de movimiento vertical bajo gravedad, permitiendo la medición de distribuciones de velocidad y tamaño de partículas en suspensiones altamente concentradas. Un artículo reciente en Advanced Powder Technology demuestra la aplicación de la SMLS para caracterizar la sedimentación de suspensiones concentradas de partículas submicrométricas, mostrando buena correlación con datos de sedimentación gravitacional.

¿Cuál es la diferencia entre SMLS y DLS (dispersión dinámica de luz)?

La dispersión dinámica de luz (DLS) mide las fluctuaciones temporales de la intensidad dispersada para determinar el coeficiente de difusión y el tamaño hidrodinámico de partículas en suspensiones diluidas. La SMLS, en cambio, es una técnica estática que mide la intensidad media dispersada en muestras concentradas, donde la luz sufre múltiples dispersiones, permitiendo la caracterización directa de sistemas opacos sin dilución.

¿Se puede usar SMLS para partículas no esféricas?

Aunque la teoría de Mie, comúnmente aplicada para convertir intensidades en diámetros, asume partículas esféricas, la SMLS puede proporcionar información cualitativa y comparativa sobre la estabilidad y la agregación de partículas no esféricas. Para partículas alargadas o con formas irregulares, los resultados deben interpretarse como diámetros equivalentes.

¿Cuáles son los parámetros críticos para una medición fiable con SMLS?

Los parámetros más importantes incluyen la concentración de la fase dispersa, el índice de refracción de las partículas y del medio, el tamaño medio y la distribución de tamaños. Además, la selección adecuada del modelo de dispersión (Mie, Rayleigh-Debye-Gans) y la calibración del instrumento con patrones de tamaño conocido son fundamentales para la precisión de los resultados.