Distribution granulométrique des nanoparticules par sédimentation différentielle par centrifugation

La sédimentation centrifuge différentielle est un outil d’analyse granulométrique très puissant où la sédimentation des nanoparticules peut être obtenue dans une échelle de temps raisonnable et avec une résolution extrêmement élevée. Ceci est possible malgré le fait que les nanoparticules sont censées se déposer très lentement. La sédimentation par gravité repose sur le principe que les particules plus grandes et plus lourdes sédimentent plus rapidement que les particules plus petites et plus légères. En connaissant la densité des particules et la force centrifuge, on peut calculer le diamètre de la sphère égale de Stokes. Comme les très petites particules telles que les nanoparticules sont très légères et sédimentent très lentement, la sédimentation doit être fortement accélérée, ce qui peut être obtenu par la vitesse de rotation élevée d’une petite centrifugeuse à disque, avec des vitesses pouvant atteindre 24 000 tr/min. La centrifugeuse peut couvrir une gamme dynamique assez large de tailles de particules allant de 2 nanomètres à 80 micromètres, bien que l’accent soit clairement mis sur la gamme de tailles des nanoparticules. Malgré la large gamme dynamique de tailles de particules, la technique est toujours capable d’analyser des distributions de tailles de particules à haute résolution.

Dans notre laboratoire, nous utilisons la dernière centrifugeuse CPS DC24000 UHR de CPS Instruments, acquise en 2020 et qui est le modèle le plus performant actuellement disponible sur le marché avec une très haute résolution de la taille des nanoparticules. Bien que, traditionnellement, l’analyse par sédimentation différentielle des particules dont la densité est inférieure à celle de l’eau ne puisse pas être analysée dans l’eau, notre instrument a la possibilité d’analyser les nanoparticules dont la densité est inférieure à celle de l’eau. Pour de tels matériaux, le principe de sédimentation inverse est pratiqué puisque les nanoparticules vont finalement flotter à la surface plutôt que de se déposer au fond et donc les particules ne seront pas introduites à la partie supérieure du liquide mais les nanoparticules seront transférées au fond de la phase liquide et sont forcées de remonter.

La sédimentation centrifuge différentielle est l’une des diverses techniques de dimensionnement des nanoparticules et peut être utilisée comme méthode de confirmation pour l’analyse des nanoparticules et la classification des nanomatériaux. Bien que l’analyse de la surface BET soit généralement utilisée comme méthode de dépistage de la présence de nanoparticules, outre l’analyse par sédimentation centrifuge différentielle dans la centrifugeuse à disque, la microscopie électronique est également considérée comme une technique de confirmation pour identifier la présence de nanoparticules dans les matériaux solides.