Jabarkan Luas permukaan dari Pencirian nanopartikel

Luas permukaan adalah ukuran penting dalam nanopartikel buatan karena menentukan kereaktifan partikel dan interaksi permukaan dengan molekul ligan. Terdapat beberapa metode yang mengukur luas permukaan dari berbagai segi. Luas permukaan jenis adalah luas permukaan suatu serbuk per satuan massa atau volume.

Pengukuran luas permukaan secara langsung melibatkan adsorpsi (penjerapan) gas inert seperti nitrogen atau kripton di bawah berbagai kondisi tekanan sehingga membentuk sebuah ekalapis yang menyelubungi nanopartikel. Jumlah molekul gas yang dibutuhkan untuk membentuk ekalapis ini maupun luas penampang molekul gas yang digunakan dapat dikaitkan dengan "luas permukaan total" partikel, termasuk rongga-rongga dan celah-celah internal, sesuai persamaan Brunauer–Emmett–Teller. Molekul organik juga dapat digunakan untuk menggantikan gas, seperti 2-etoksietanol (etilena glikol monoetil eter).

Terdapat juga beberapa teknik pengukuran luas permukaan secara tidak langsung untuk nanopartikel di udara. Teknik-teknik ini mengabaikan porositas dan ketakteraturan permukaan lainnya sehingga bisa jadi tidak akurat. Alat waktu nyata diffusion charger ("pengisi difusi") mengukur "luas permukaan aktif", yaitu luas partikel yang berinteraksi dengan gas atau ion disekitarnya dan hanya bisa dijangkau dari arah luar. Alat bernama penganalisis mobilitas elektrik menghitung diameter bola setara yang dapat dikonversi ke luas permukaan menggunakan rumus-rumus geometri. Metode-metode ini tidak dapat membedakan nanopartikel yang sedang diselidiki dengan nanopartikel-nanopartikel yang dapat berasal dari lingkungan dalam lokasi seperti tempat kerja. Nanopartikel juga dapat dikumpulkan dalam bentuk substrat yang dimensi luarnya dapat diukur dengan mikroskop elektron, yang kemudian dikonversikan menjadi luas permukaan menggunakan rumus-rumus geometri.

Kimia permukaan dan muatan permukaan

Kimia permukaan terkait dengan sifat kimia unsur atau molekul pada permukaan partikel. Tidak ada definisi formal untuk membatasi yang disebut "permukaan", dan definisi yang ada biasanya mengikuti teknik pengukuran yang sedang digunakan. Untuk nanopartikel, proporsi atom yang terletak di permukaan lebih banyak dibandingkan partikel-partikel skala mikron, dan atom-atom yang berada di permukaan tersebut mengalami kontak langsung dengan pelarut dan mempengaruhi interaksinya dengan molekul lain. Beberapa nanopartikel, seperti quantum dot memiliki struktur inti–cangkang dengan atom-atom di bagian permukaan luar yang berbeda dengan atom-atom di inti yang terletak di dalam.

Terdapat beberapa teknik untuk mencirikan sifat kimia permukaan nanopartikel. Spektroskopi fotoelektron sinar X dan spektroskopi elektron Auger cocok digunakan untuk mencirikan lapisan permukaan yang relatif tebal yaitu berukuran 1 hingga 5 nm. Spektroskopi massa ion sekunder berguna untuk pencirian beberapa angstrom paling atas (10 angstrom = 1 nm), dan dapat dikombinasikan dengan berbagai teknik pembersitan (sputtering) untuk menganalisis variasi sifat kimia sesuai kedalaman. Untuk nanopartikel, pengukuran kimia permukaan sangat sensitif terhadap kontaminasi pada permukaan partikel (sehingga analisis kuantitatif sulit dilakukan) dan resolusi ruang sering kurang tajam. Untuk protein-protein teradsorpsi, label radiaktif atau metode spektrometri massa seperti desorpsi/ionisasi laser berbantu matriks (MALDI, matrix-assisted laser desorption/ionization) dapat digunakan.

Muatan permukaan biasanya diakibatkan pengikatan atau pelepasan proton di lokasi-lokasi dengan gugus hidroksil di permukaan nanopartikel. Muatan permukaan sulit untuk diukur langsung, sehingga besaran lain yang terkait yaitu potensial zeta sering diukur sebagai pengganti. Potensial zeta adalah sifat tidak diukur langsung melainkan didapat dari perhitungan, dan dipengaruhi bukan hanya nanopartikel yang sedang diselidiki tetapi juga dipengaruhi medium sekitarnya. Karena itu, agar pencirian ini berguna dibutuhkan deksripsi medium yang digunakan, seperti komposisi, pH, viskositas, dan konstanta dielektriknya, temperatur pengukuran, serta nilai yang digunakan dalam "fungsi Henry" dari potensial zeta tersebut. Potensial zeta digunakan sebagai indikator kestabilan koloid, dan ditemukan dapat memprediksi peresapan nanopartikel oleh sel. Pengukuran zeta potensial dapat dilakukan dengan melakukan titrasi untuk menemukan titik isoelektrik, atau dengan melakukan elektroforesis seperti elektroforesis Doppler laser.

Energi permukaan atau keterbasahan (sifat yang penting terkait dengan agregasi, pelarutan, dan bioakumulasi nanopartikel) dapat diukur melalui mikrokalorimetri dengan mengukur kalor pencelupan, atau pengukuran-pengukuran sudut kontak. Reaktivitas permukaan juga dapat dipantau langsung melalui mikrokalorimetri menggunakan molekul-molekul kuar yang dapat mengalami perubahan terukur jika berinteraksi dengan nanopartikel.