Applying SAXS to study the structuring of Fe3O4 magnetic nanoparticles in colloidal suspensions

Aplicación de SAXS para el estudio de la estructuración de nanopartículas magnéticas de Fe3O4 en suspensiones coloidales

In this work, Small Angle X-ray Scattering (SAXS) patterns, obtained from two different aqueous colloidal suspensions of magnetite nanoparticles electrostatically stabilized with citric acid, were fitted using three different mathematical models in order to describe the particle size distribution and aggregation state. The colloidal suspensions differ in the mean particle size (4.5±1.0 nm and 5.5±1.1 nm) and the aqueous stabilization, allowing control of the strength of the interaction strength between particles. The models used for SAXS analysis, reveal that the particles are almost spherical with a broad size distribution, and that particles in each suspension are aggregated and are subject to an attractive interaction potential, typical for magnetic nanoparticles. For the better-stabilized sample, ramified chain-like aggregates were found, and for the less-stabilized sample, a more compact structure was determined. The size distribution obtained by applying SAXS mathematical models are in agreement with the size distribution determined using Transmission Electronic Microscopy
(TEM)

En este trabajo, patrones de Dispersión de Rayos-X a Bajos Ángulos (SAXS), obtenidos de dos diferentes suspensiones coloidales acuosas
de nanopartículas de magnetita electrostáticamente estabilizadas con ácido cítrico, fueron ajustados utilizando tres diferentes modelos matemáticos, con el fin de describir la distribución de tamaño de partícula y estado de agregación. Las suspensiones coloidales difieren en el tamaño medio de partícula (4.5±1.0 y 5.5±1.1 nm) y su estabilización, permitiendo el control de la intensidad de la interacción entre partículas. Los modelos utilizados para el análisis de SAXS, revelan que las partículas son cuasi-esféricas con una amplia distribución de tamaños de partícula y que las partículas de las dos suspensiones están agregadas y bajo un potencial atractivo de interacción, típico de
nanopartículas magnéticas. Para el coloide mejor estabilizado, se determinó que las partículas se organizan en forma de cadenas ramificadas y para la muestra de menor estabilidad se determinó una estructura más compacta. La distribución de tamaños obtenida usando los modelos matemáticos para SAXS se encuentra en acuerdo con la distribución de tamaños determinada usando Microscopía de Transmisión de
Electrones (TEM).