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  • 發布時間:2020-06-16 16:17 原文鏈接: 動態光散射技術入門(三)

    ·   檢測器

    檢測器有兩種類型:一種是便宜、靈敏度較低的光電倍增管PMT,另一種是較昂貴的、性能更好的雪崩光電二極管檢測器(APD)。后者宣稱效率高達65%,遠遠優于替代產品PMT 4-20%的效率,從而使數據收集最大化,測量速度更快、質量更高。

     

    要獲得精確的DLS測量,另一項基本要求是必須對溫度進行很好的控制。如同分散劑粘度一樣,顆粒的布朗運動也直接和溫度相關,因此溫度控制較差造成的影響非常嚴重。例如,在環境溫度下對水性體系進行測量,1oC的溫度誤差將導致2.4%的檢測結果偏差,超過ISO13321 [1]標準規定的+/-2%或更新的ISO 22412[2]標準規定的范圍。對于使用的各類比色皿,DLS儀器溫度控制的合理目標是+/-0.2oC。

     

    比起在檢測儀外部連接水浴裝置,內置溫度控制器在使用上更加方便,在測量精度、穩定性和重現性方面也更加可取。此外,具有高性能控制系統的儀器,既能進行快速的系統預熱,又能迅速調整溫度,從而對溫度變化所產生的影響(如蛋白質熱不穩定性)進行研究。

     

    其它測量評估功能

    DLS除了被廣泛應用于粒度測量外,專業化程度較高的DLS系統組件的組合也適合用于進行如下測量:

     

    - 絕對分子量

    - Zeta電位

    - 蛋白質電荷

    - 微流變學性能

     

    如果上述這些功能在系統選擇的應用(或潛在應用)中能發揮價值,那么它們對儀器的選擇也會起到很大作用。

     

    根據靜態光散射(SLS)數據,可以測得樣本的絕對分子量。這種技術通過瑞利方程將單個分子散射光與其分子量相關聯,對此文獻3中有詳細的討論。

     

    除了粒徑, zeta電位也是表征膠體系統時用最廣泛使用的測量參數之一。Zeta電位量化了粒子之間靜電排斥作用的程度。這種量化不是針對顆粒表面之間,而是針對顆粒邊界層內的某個點之間的排斥力,在這個點之外,顆粒對周圍的溶劑分子不再產生影響(參見圖2)。

     

    Zeta電位測量為分散體固有的靜電穩定性提供了有效參考,配方設計師可因此對穩定性進行了解和控制。例如在乳液配方中,zeta電位數據幫助篩選穩定性候選樣品,將它們用于水處理絮凝過程控制,有助于減少添加劑的劑量水平[4]

                                                                                                            

    Zeta電位采用電泳方式進行測量。在毛細管樣品池上施加電壓,即可測出顆粒向電極運動的速度。因此,和粒徑測量一樣,Zeta電位測量最重要的一點是它可以對顆粒運動進行高精度測量。同樣,類似的還有電泳遷移率測量,它的測量取決于測量粒子穿過電場的移動速度。這類測量方法也能測定蛋白質電荷,從而提高了光散射系統對于蛋白質測量的價值。

     

    最后,我們來討論一下微流變學測量這種新穎的新興技術。在傳統DLS實驗中,斯托克斯 - 愛因斯坦方程主要是通過測量顆粒布朗運動速度以及粘度來測定粒徑。相反,微流變學所討論的是通過測量顆粒運動來測定顆粒周圍溶液環境的流變特性。這里的新穎之處在于,為了對樣品的粘彈性特性進行考察,其中所需要的數學描述已遠遠超出了斯托克斯 - 愛因斯坦方程的范疇。

     

    微流變學提供了僅用最小的樣品即可精細地、非破壞性地探測弱結構材料流變性的機會,從而將流變學技術拓展到了機械流變儀無法觸及的領域。

     

    日常使用

    當選擇儀器時,評估整體性能特點尤為重要。然而,如果每天使用一個不太符合操作要求的系統所造成的不便會令人非常煩惱,甚至不想再去用它。因此,當需要在最終幾個備選儀器之間進行選擇時,以下幾個問題是值得考慮一番的:

     

    ·   我最重要的需求是什么:速度還是準確性?

    ·   我的樣品粒徑的范圍?

    ·   我要測量的樣品屬于什么類型,比如是否有毒?或者具有特別強的腐蝕性?

    ·   今后儀器的操作者是專家還是新手?他們具備多少關于光散射的專業知識?

     

    速度與準確性

    DLS測量通常成批進行,樣品通常不同、且體積較小。測量時間一般按照能達到要求的重復性水平設置,但一般不大會超過幾分鐘。不過,分析效率可能因樣品制備和系統清洗要求而有所不同,不同系統的使用方便性也會有較大的差異。如果DLS系統被用作GPC/SEC檢測器,系統將設置為流體工作模式。由于樣品流經儀器,為達到必要的精度,測量必須在短短幾秒鐘之內完成。

     

    具有良好測試速度和準確性的儀器通常都價格較高,但考慮使用壽命期的成本更為重要。考慮到因不能滿足重復性標準而進行反復實驗所花費的時間和成本,以及因儀器裝備不能滿足常規實驗室使用要求而造成的分析效率下降等因素,更昂貴一些的系統也許更能體現物有所值。


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