Teilchengrößenmessung in der Laborpraxis Kurzes Lehrbuch mit Einführung in die Theorie: - Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS) - Laserdiffraktometrie (LD) - Coulter-Meßprinzip (CM) und Meßbeispielen aus dem Schwerpunktbereich der Koaleszenzuntersuchungen: - Turbidimetrie vs. Coulter-Counter-Assay Autoren: Prof. Dr. Rainer H. Müller und Dr. Raimund Schuhmann, Freie Universität Berlin unter Mitarbeit von: Kai Thode, Freie Universität Berlin (Beiträge über Eisenoxiddispersionen) erstellt anläßlich: Colloidal Drug Carriers (cdc), 3rd Expert Meeting, Workshop Particle Sizing", 29-31 May 1997, Berlin Mit 98 Abbildungen und 21 Tabellen wog Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbh Stuttgart 19%
v Inhaltsverzeichnis Vorwort 7 Autorenverzeichnis 8 1 Einleitung: Vergleichende Betrachtung der Meßverfahren 15 2 Grundlagen von ; % und Streulicht 17 2.1 Der Begriff der Streuung und des Streulichtes 17 2.1.1 Reflektion und Brechung 17 2.1.2 Beugung 19 2.2 Abhängigkeit zwischen Teilchengröße und Streulichtintensität 21 3 Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS) 23 3.1 Theorie und Meßanordnung 23 3.1.1 Theorie der PCS - Einfuhrung in die Grundlagen 23 3.1.2 Meßanordnung 26 3.1.3 Der Begriff der Korrelation und die Ableitung der Korrelationsfunktion 26 3.1.4 Korrelationsfunktion in Abhängigkeit von Taktzeit und Teilchengröße 30 3.1.4.1 Two-Time-Window-Analyse 31 3.1.4.2 Einfluß der Taktzeit auf die gemessene Teilchengröße eng verteilter Teilchenpopulationen 32 3.1.4.3 Multiple Taktzeiten und logarithmischer Korrelator" 34 3.1.5 Mehrwinkelanalyse 36 3.2 Vertiefende Theorie 38 3.2.1 Auswertung der Autokorrelationsfunktion mit Hilfe der Kumulanten-Analyse..38 3.2.2 Berechnung einer komplexen Teilchengrößenverteilung 39 3.2.3 Vorteile einer routinemäßigen Mehrwinkelanalyse 40
12 Inhaltsverzeichnis 3.3 Praktische Meßdurchführung und Dateninterpretation 45 3.3.1 Probenaufbereitung 45 3.3.2 Langzeitstabilität von OAV-Emulsionen zur parenteralen Ernährung 47 3.3.3 Mehrwinkelanalyse in der Stabilitätsanalytik 49 3.3.4 Stabilität von Eisenoxiddispersionen 50 4 Laserdiffraktometrie (LP) 55 4.1 Theorie und Meßanordnung 55 4.1.1 Meßprinzip und Meßanordnung 55 4.1.2 Aufbau modemer Meßgeräte 58 4.1.3 Beugungsbilder und ihre Auswertung 62 4.1.4 Einfluß der Fraunhofer - und der Mie-Theorie sowie der Brechungsindices auf die Teilchengrößenverteilung 65 4.2 Polarization Intensity Differential Scattering-Technologie (PIPS) 71 4.2.1 Meßprinzip und Meßanordnung 71 4.2.2 PIDS-Muster zur Differenzierung ähnlicher Teilchenpopulationen 72 4.2.3 Auswertung ohne und mit PIDS-Daten 74 4.3 Praktische Meßdurchführung und Dateninterpretation 76 4.3.1 Probenaufbereitung 76 4.3.2 Analytik von Latexmischungen 76 4.3.3 Analytik von OAV-Emulsionen 81 4.3.4 Vergleich von PCS- und LD-Daten unterschiedlich polydisperser Eisenoxiddispersionen 85 4.3.5 Möglichkeiten und Grenzen der LD-Analytik - Herausforderung im Grenzbereich analytischer Möglichkeiten 89 4.3.6 Ermittlung des realen und imaginären Brechungsindex am Beispiel von Eisenoxiddispersionen 95 4.3.7 Analytik von Dispersionen hoher Polydispersität 98 4.3.8 Teilchengrößenanalytik in Ölen und Fetten 99
Inhaltsverzeichnis 13 5 Coulter-Meßprinzip (CM)., 101 [ 5.1 Theorie und Meßanordnung 101 5.1.1 Meßprinzip und Meßanordnung 101 5.1.2 Möglichkeiten der Datenaufarbeitung 103 5.2 Praktische Meßdurchführung 104 5.2.1 Probenaufbereitung 104 5.2.2 Problematik von Störimpulsen und Optimierung der Zählrate 105 5.2.3 Meßprobleme und ihre Lösung 109 5.2.3.1 Löslichkeit zu vermessender Teilchen 109 5.2.3.2 Osmotische Druckdifferenz am Beispiel von Liposomen 113 5.2.3.3 Reduzierung des Zetapotentials - physikalische Destabilisierung 116 5.2.3.4 Einfluß des elektrischen Feldes und des Stromflusses 118 5.2.4 Analytik von Dispersionen hoher Polydispersität 123 5.2.5 Zusammenfassung 125 6 Koaleszenzuntersucliungeii: Turbidimetrie und Coulter-Counter-Assay... 127 6.1 Einleitung 127 6.1.1 Parenterale Fettemulsionen und totale parenterale Ernährung 127 6.1.2 Stabilität parenteraler Fettemulsionen in TPN-Mischungen 129 6.2 Theorie und Meßanordnung der Turbidimetrie 132 6.2.1 Einführung 132 6.2.2 Optimierung der Versuchsanordnung 133 6.2.3 Meßergebnisse und ihre Auswertung 136 6.2.4 Rechenmodell zur Turbidimetrie 142 6.2.5 Zusammenfassung 144
14 Inhaltsverzeichnis 6.3 Coulter-Counter-Assay 145 6.3.1 Einführung 145 6.3.2 Praktische Durchfuhrung - Meßdesign 145 6.3.3 Probenaufbereitung 147 6.3.4 Auswertung 149 6.3.5 Zusammenfassung 151 6.4 Vergleich von Turbidimetrie und Coulter-Counter-Assay 152 6.4.1 Meßergebnisse einer calciumchloridgestreßten Fettemulsion 152 6.4.2 Zusammenfassende Bewertung 154 6.5 Meßbeispiele und Dateninterpretation 156 6.5.1 Materialien und Herstellung der Emulsionsmischungen 156 6.5.2 Elektrolyteinfluß auf die Emulsionsstabilität 157 6.5.2.1 Einwertige Kationen 157 6.5.2.2 Zweiwertige Kationen 161 6.5.2.3 Zusammenfassung des Elektrolyteinflusses 170 6.5.3 Einfluß von Kohlenhydraten 171 6.5.4 Temperatureinfluß 6.5.5 Zusammenfassung 180 \l Literatur S^'k^SS^LS^ÖSS^ ~ 181 176 Ott* lou