Technologie PIDS

La technologie de diffusion différentielle d'intensité de polarisation (ou PIDS pour Polarization Intensity Differential Scattering), associée à la diffraction laser, permet la détection directe des particules de seulement 10 nm de taille.

Les particules dont le diamètre est inférieur à quelques microns présentent des motifs de diffusion de la lumière très similaires tant sur le plan de la forme que de l'intensité. Ces propriétés physiques rendent difficile la distinction des différences entre ces motifs, ce qui entraîne une mesure imprécise avec une résolution faible et donc un degré d'incertitude élevé lors de la détermination de la taille réelle des particules.
La lumière diffusée polarisée verticalement présente des motifs de diffusion différents et des structures fines différentes de ceux de la lumière polarisée horizontalement pour les petites particules. L'intensité de diffusion horizontale (Ih) pour les petites particules est principalement caractérisée par un minimum de 90°. Plus les particules sont grandes, plus cet angle minimal est important.
Ainsi, bien que l'intensité de diffusion verticale (Iv) et l'intensité de diffusion horizontale (Ih) présentent seulement un faible contraste dans le cas des petites particules, la différence entre ces deux intensités peut révéler une structure fine plus distincte, ce qui rend possible la mesure de la taille des petites particules. En combinant les effets de la polarisation à la dépendance de la longueur d'onde aux angles élevés, il est possible d'abaisser la limite inférieure de mesure jusqu'à 10 nm.
Cette approche combinée est connue sous le nom de technique de diffusion différentielle d'intensité de polarisation (ou PIDS pour Polarization Intensity Differential Scattering). Elle a été brevetée par Beckman Coulter.

Les particules de grande taille diffusent fortement la lumière à des angles faibles, les minima et maxima étant facilement détectables dans le motif de diffusion. Ainsi, des détecteurs placés à des angles faibles par rapport au trajet optique avec une résolution angulaire suffisante peuvent détecter ces maxima et minima.
Inversement, les petites particules diffusent faiblement la lumière et les maxima et ne sont discernables qu'à des angles de mesure extrêmement élevés. Cela rend la détection et la résolution du motif de diffusion difficile. Les fabricants ont adopté diverses solutions pour surmonter ces restrictions avec plus ou moins de succès.
La plupart des efforts ont été concentrés sur la mesure de la lumière rétrodiffusée. Ces stratégies ont une certaine utilité mais elles ne constituent pas de véritables solutions. C'est la raison pour laquelle Beckman Coulter a développé le système PIDS, première véritable solution au problème de la mesure des particules inférieures au micron. Élégante mais simple, la technologie employée dans les systèmes PIDS se fonde sur la théorie de Mie sur la diffusion de la lumière.
La PIDS s'appuie sur la nature transversale de la lumière : elle est constituée d'un vecteur magnétique et d'un vecteur électrique à 90° l'un par rapport à l'autre. Si, par exemple, le vecteur électrique est de type « haut et bas », la lumière est considérée comme étant polarisée verticalement. Lorsqu'un échantillon est éclairé avec une lumière d'une longueur d'onde polarisée donnée, le champ électrique oscillant crée un dipôle, ou une oscillation, des électrons de l'échantillon. Ces oscillations seront sur le même plan de polarisation que la source de lumière propagée.

Les dipôles oscillants dans les particules rayonnent de la lumière dans toutes les directions sauf celle de la source de lumière irradiante. La PIDS tire profit de ce phénomène. Une lumière à trois longueurs d'onde (475 nm, 613 nm et 900 nm) irradie successivement l'échantillon. Il s'agit tout d'abord d'une lumière polarisée verticalement puis d'une lumière polarisée horizontalement. Le LS 13 320 XR mesure la lumière diffusée depuis les échantillons sur une large plage d'angles. L'analyse des différences entre la lumière rayonnée horizontalement et la lumière rayonnée verticalement pour chaque longueur d'onde fournit des informations sur la répartition par taille des particules de l'échantillon. Nous mesurons les différences entre les signaux polarisés verticalement et ceux polarisés horizontalement et ne nous limitons pas aux valeurs d'une polarisation donnée.
Les informations d'intensité par rapport à l'angle de diffusion fournies par les signaux PIDS sont ensuite incorporées dans l'algorithme standard des données d'intensité par rapport à l'angle de diffusion provenant de la diffusion de lumière laser afin d'obtenir une répartition continue par taille.
L'acquisition des données PIDS offre un autre avantage majeur : une simple interprétation des données brutes nous permet de confirmer rapidement si de petites particules sont vraiment présentes, car les particules de grande taille ne présentent pas le signal différentiel propre aux petites particules.

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