Investigadores del Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) han presentado una fórmula matemática innovadora que ha sido diseñada para calcular con precisión la concentración de partículas en una solución. Este enfoque innovador promete mejorar diversas aplicaciones, incluida una dosis precisa de medicamentos para pacientes, monitoreando la contaminación nanoplástica en los océanos y la regulación de los niveles aditivos en los productos alimenticios. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Química analítica.
Elia Petersen, una ingeniera NIST involucrada en el estudio, enfatizó el potencial de la nueva fórmula para continuar el progreso en la nanotecnología. Las aplicaciones como el envasado de alimentos, la preservación y la producción de microchips y dispositivos electrónicos se benefician de esta técnica de medición mejorada. «Mejora con los métodos actuales corrigiendo una distorsión común que supone que las partículas son de tamaño uniforme», explicó Petersen.
La concentración del número de partículas (PNC) sirve como una métrica importante para cuantificar el número de partículas presentes en un volumen dado de gas o líquido, generalmente expresión hecha en partículas por centímetro cúbico. Tradicionalmente, calcular la concentración incluye considerar las partículas de masa totales y su tamaño; Sin embargo, la variabilidad en el tamaño de partícula, conocida como distribución grande, puede hacer que este proceso sea más complicado.
Los modelos matemáticos actuales son efectivos cuando las partículas tienen un tamaño casi uniforme. Sin embargo, las inexactitudes surgen cuando hay una variación significativa del tamaño. Petersen comparó el desafío de estimar el número de dulces en una olla. Si todos los dulces tienen el mismo tamaño, como M&M, las estimaciones pueden ser fáciles. Pero con una mezcla de tamaños, como Kitkit en tamaño completo y las tazas de mantequilla de maní de Reese, se necesitan métodos más refinados.
La nueva fórmula, desarrollada por la ex investigadora NIST Natalia Farkas, trata este problema al incluir la variación del tamaño en sus cálculos, ofreciendo una medición más precisa de la concentración de partículas. Las pruebas de la nueva fórmula incluyen muestras de nanopartículas de oro colgadas en agua. Las técnicas de medición anteriores habían establecido concentraciones de número de partículas muy precisas para estas muestras, lo que mostró que las fórmulas anteriores sobreestiman las concentraciones típicas en alrededor del 6%. La fórmula de Farkas, por otro lado, mostró una notable precisión dentro del 1% de los valores medidos reales.
Una aplicación adicional de esta fórmula incluyó su uso en un agente contra el corte en la producción de alimentos, en el que los tamaños de partículas variaron considerablemente. En este caso, las fórmulas nuevas y antiguas diferían en no menos del 36%, por lo que se utilizó la importancia de usar el método de cálculo correcto basado en las propiedades específicas de la muestra.
«En el imperio del número de concentración de partículas, la elección de la fórmula puede influir significativamente en los resultados», señaló Petersen, y enfatizó las implicaciones más amplias de las mediciones precisas en numerosos dominios científicos y prácticos.
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