تصور کنید از شما خواسته شود تعداد آبنباتهای داخل یک شیشه را حدس بزنید. اگر همه آنها یکسان باشند، مانند اسمارتیز، یک محاسبه ساده ممکن است شما را به پاسخ نزدیک کند. اما اگر شیشه با ترکیبی از ترافلهای ریز، اسمارتیز و شکلاتهای کیتکت بزرگ پر شده باشد چه؟ محاسبه ساده شما کاملاً اشتباه از آب درمیآید. این دقیقاً چالشی است که دانشمندان هنگام اندازهگیری غلظت ذرات در یک محلول با آن روبرو هستند و محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) به تازگی یک راهحل پیشگامانه برای آن توسعه دادهاند.
دانشمندان از معیاری به نام غلظت تعداد ذرات (PNC) برای تعیین تعداد ذرات در یک حجم معین استفاده میکنند. این امر برای همه چیز، از تضمین دوز صحیح در داروهای حیاتی گرفته تا نظارت بر نانوپلاستیکها در اقیانوسهای ما، بسیار مهم است. با این حال، فرمولهای ریاضی موجود اغلب هنگام مواجهه با ذرات با اندازههای مختلف، درست مانند شیشه آبنبات مخلوط ما، دچار مشکل میشوند.
این روشهای قدیمی برای نمونههایی با ذرات یکنواخت به اندازه کافی خوب عمل میکنند، اما زمانی که اندازه ذرات به طور گستردهای متفاوت باشد، میتوانند نتایج بسیار نادرستی تولید کنند. این عدم دقت میتواند عواقب جدی در زمینههایی که نیازمند دقت بالا هستند، داشته باشد.
اینجاست که فرمول جدید، که توسط محقق سابق NIST، ناتالیا فارکاس، توسعه یافته است، وارد میشود. این رویکرد نوآورانه به طور خاص برای در نظر گرفتن توزیع اندازه ذرات طراحی شده و اندازهگیری بسیار دقیقتری را ارائه میدهد. برای اعتبارسنجی کار خود، تیم NIST، از جمله مهندس الایجا پترسن، این فرمول را بر روی نمونههای کاملاً مشخص شده از نانوذرات طلا در آب آزمایش کردند. نتایج شگفتانگیز بود: در حالی که فرمولهای قبلی غلظت را حدود ۶٪ بیش از حد تخمین میزدند، فرمول جدید با دقت ۱٪ از مقدار واقعی مطابقت داشت.
سپس تیم این فرمول را برای یک مثال واقعی به کار برد: یک ماده ضدکلوخگی که در تولید مواد غذایی استفاده میشود و حاوی ذراتی با اندازههای بسیار متفاوت است. در این آزمایش، تخمینهای فرمولهای قدیمی و جدید تا ۳۶٪ تفاوت داشتند. این موضوع نشان میدهد که انتخاب محاسبه صحیح چقدر حیاتی است.
پترسن خاطرنشان کرد: «انتخاب فرمول مناسب میتواند تفاوت بزرگی ایجاد کند.» این پیشرفت پیامدهای گستردهای دارد و به طور بالقوه میتواند کاربردهای فناوری نانو را در نگهداری مواد غذایی، ساخت ریزتراشههای پیچیده و توسعه نسل بعدی دستگاههای الکترونیکی به پیش ببرد. از غذای ایمنتر تا داروی مؤثرتر، این سطح جدید از دقت قرار است تأثیر قابل توجهی داشته باشد.
یافتههای کامل این تحقیق در مجله Analytical Chemistry منتشر شده است.
اطلاعات بیشتر از منبع: موسسه ملی استاندارد و فناوری