Статическое рассеяние света (СРС) – один из самых передовых и точных методов исследования физико-химических свойств материалов на нано- и микроскопическом уровнях. Этот метод, основанный на взаимодействии лазерного излучения с частицами, взвешенными в жидкой или газообразной среде, в последние десятилетия приобрел значительное значение в научных исследованиях и промышленности. Анализ интенсивности и характера рассеянного света позволяет получить ценную информацию о молекулярной массе, распределении частиц по размерам, радиусе вращения (Rg) и общей структуре материала.
В этой статье мы рассмотрим принцип работы SLS, его отличия от аналогичных методов, области применения и основные моменты использования метода.
Принцип рассеяния статического света
Когда лазерный луч падает на раствор, содержащий частицы или молекулы, часть света поглощается, часть пропускается, а часть рассеивается частицами. В методе SLS интенсивность света, рассеянного под разными углами, имеет принципиальное значение.
Сила этой дисперсии зависит от следующих факторов:
-
Средняя молекулярная масса частицы или молекулы.
-
Концентрация образца
-
Показатель преломления среды и образца
-
Измерение угла
Основным уравнением, используемым в этом методе, является уравнение Дебая-Шерера, которое объясняет взаимосвязь между интенсивностью дисперсии, молекулярной массой и радиусом вращения.
Разница между SLS и DLS
Многие путают технологию SLS с динамическим рассеянием света (DLS) , хотя между этими двумя технологиями есть важные различия:
-
SLS (стационарный): измеряет интенсивность света, рассеянного в устойчивом состоянии, и предоставляет информацию об абсолютной молекулярной массе, радиусе вращения и общей структуре молекулы.
-
DLS (динамический): основан на изменении интенсивности дисперсии во времени и в основном используется для определения распределения размеров частиц и броуновского движения.
Короче говоря, SLS предоставляет «статическую и структурную» информацию, тогда как DLS предоставляет «динамическую и кинетическую» информацию.
Основные компоненты статического рассеивателя света
Система SLS обычно включает в себя следующие компоненты:
-
Источник лазерного света: создает стабильный монохроматический свет на определенной длине волны.
-
Китайский: Прозрачный контейнер для размещения образцов.
-
Детектор: регистрирует интенсивность света, распространяющегося под разными углами.
-
Система контроля температуры: поддерживает стабильные условия окружающей среды, поскольку изменения температуры могут повлиять на результаты.
-
Программа анализа: рассчитывает молекулярную массу и радиус вращения и анализирует данные.
Применение статического рассеяния света
1. Полимеры и биополимеры
В полимерной промышленности технология SLS используется для определения числа и средней молекулярной массы , а также для изучения структуры полимерной цепи. В случае биополимеров, таких как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), дезоксирибонуклеиновая кислота (РНК) и белки, этот метод позволяет получить подробную информацию о процессе сборки, а также о третичной и четвертичной структурах.
2. Наноматериалы и коллоиды
SLS является фундаментальным методом исследования металлических, полупроводниковых и керамических наночастиц и может быть использован для исследования скорости агрегации и стабильности коллоидных растворов.
3. Фармацевтика и биотехнологии
В области исследований и разработки биофармацевтических продуктов , таких как антитела, вакцины и рекомбинантные белки, метод SLS играет решающую роль в точном определении молекулярной массы и чистоты образцов. Он также помогает обнаружить деградацию белков или структурные изменения .
4. Пищевая промышленность
Статическое рассеяние света используется для изучения стабильности эмульсий , суспензий и пищевых белков.
Преимущества и недостатки SLS
выгода
-
Измерения абсолютной молекулярной массы без необходимости использования стандартных образцов.
-
Возможность определения радиуса вращения (Rg) и общей структуры молекулы.
-
Он изучает полимеры и макромолекулы с высокой точностью.
-
Его можно комбинировать с другими методами, такими как DLS и SEC, для получения более комплексных результатов.
конец
-
Образец должен быть максимально прозрачным; наличие частиц пыли или примесей исказит результаты.
-
Он чрезвычайно чувствителен к изменениям температуры и концентрации.
-
Для очень маленьких частиц (менее 10 нанометров) точность снижается.
Ключевые моменты использования SLS
-
Подготовка образца: Тонкая фильтрация необходима для удаления мешающих частиц.
-
Выберите подходящую длину волны: она должна соответствовать размеру и свойствам оптических частиц.
-
Калибровка оборудования: Регулярная калибровка необходима для получения точных результатов.
-
Контроль температуры: особенно для биологических образцов, чувствительных к изменениям температуры.
-
Комбинированный анализ: лучше всего рассматривать результаты SLS совместно с данными DLS или ВЭЖХ.
Сравнение SLS с другими аналитическими методами
-
SEC-MALS (хроматография + SLS): сочетание хроматографии с многоугловым рассеянием света для одновременного разделения и измерения молекулярной массы.
-
Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия: дает информацию только о поглощении света, а не о молекулярной массе .
-
Масс-спектроскопия: обеспечивает большую точность, но ее сложно применять для очень больших молекул.
Это сравнение демонстрирует особое место SLS в изучении полимеров и макропротеинов.
Будущее и новые направления для SLS
С развитием нанотехнологий и наук о жизни технология SLS также развивалась и совершенствовалась. Среди новых тенденций:
-
Для повышения точности измерений использовались многоволновые лазеры .
-
Многоракурсный детектор (MALS) предназначен для получения трехмерной информации.
-
Интеграция SLS с передовой микроскопией для одновременного анализа структуры и дисперсии.
Полиакриламид (ПАМ) для временной стабилизации грунта
В заключение
Статическое рассеяние света (СРС) — важнейший и эффективный метод изучения структурных, гравитационных и агрегатных свойств молекул и частиц. Этот метод широко применяется в самых разных областях: от полимеров и наноматериалов до фармацевтической и пищевой промышленности. Несмотря на необходимость тщательной подготовки образцов и контролируемых условий, предоставляемая им информация бесценна и уникальна.
Учитывая стремительное развитие нанотехнологий и биотехнологий, ожидается, что в ближайшие годы SLS будет занимать все более важное место в научных исследованиях и промышленных приложениях.