动态光散射Dynamic Light Scattering

动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS),也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。DLS 技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta 电位、大分子的分子量等的能力。 动态光散射的基本原理

1. 粒子的布朗运动导致光强的波动

微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动,布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。

2. 光信号与粒径的关系:光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义。瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关。某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1, 在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0。根据光学理论可得出光强相关议程。之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关。

大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。 可以看到,相关关系函数衰减的速度与粒径相关,小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布。

3、分布系数:分布系数体现了粒子粒径均一程度,是粒径表征的一个重要指标。

析,不能提供更高的分辨率。

0.08 - 0.7 适中分散度的体系。运算法则的最佳适用范围。

> 0.7 尺寸分布非常宽的体系,很可能不适合光散射的方法分析。 动态光散射的应用:

1、测定蛋白质分子的均一性

蛋白质样品的均一性是生长晶体的前提条件,在无法直接观察蛋白质在溶液中状态的情况下,生长晶体是一个需要经验和运气的过程。但是用光散射技术,只需要几分钟就可以确切地告诉你,这个样品是否有长出晶体的可能性。你

还可以测定蛋白在不同溶液中的状态,从而确定出哪种溶液最适合生长晶体。

2、测定蛋白质分子的pH 稳定性

有些蛋白质分子在不同的pH 值条件下,会有不同的构型,或者形成聚合态,或是变性。如胰岛素在pH2.0时是以单体存在,而在pH3.0时则以二聚体形式存在,当pH 升至7.0时则以六聚体存在。因为这种变化表现为大小的变化,所以光散射技术可以用来测定蛋白质分子的pH 稳定性。

3、测定蛋白质分子的热稳定性

对一些热不稳定的蛋白,温度改变会导致分子变性聚合,因此可以观察到分子半径明显增大。所以可以利用光散射技术来研究蛋白质分子的热稳定性。

4、蛋白质变复性及折叠的研究

蛋白质变性时往往是以聚合形式或较松散的状态存在,复性后,蛋白质折叠成天然状态,会发生结构的变化,这一变化可以导致流体动力学半径的变化,所以光散射技术可以用来检测这一动态变化的过程。

5、临界胶束浓度的测定

一定浓度的表面活性剂分子加到溶液中会形成微胶束,但浓度不同会影响胶束的大小以及是否能够形成胶束。如果浓度增加到一定程度,胶束就会形成,胶束的大小和单分子大小会有明显区别,利用光散射就可以确定胶束形成的临界浓度。 使用时应注意事项:

1、除尘要求:因为该仪器对样品及溶剂的除尘要求很高,所使用溶剂必须过滤,水为超纯水,样品瓶需预先洗干净并用丙酮蒸汽做除尘处理并干燥好。

2、样品要求:动态法:样品需完全分散在分散介质中,浓度约为千分之一 静态法:除尘要求很高,样品需完全溶解在溶剂中,需准确配置

至少7个以上从零点几mg/ml到几mg/ml的不同浓度样

品,并且必须过滤样品。样品量至少为10ml 。

动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS),也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。DLS 技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta 电位、大分子的分子量等的能力。 动态光散射的基本原理

1. 粒子的布朗运动导致光强的波动

微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动,布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。

2. 光信号与粒径的关系:光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义。瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关。某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1, 在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0。根据光学理论可得出光强相关议程。之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关。

大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。 可以看到,相关关系函数衰减的速度与粒径相关,小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布。

3、分布系数:分布系数体现了粒子粒径均一程度,是粒径表征的一个重要指标。

析,不能提供更高的分辨率。

0.08 - 0.7 适中分散度的体系。运算法则的最佳适用范围。

> 0.7 尺寸分布非常宽的体系,很可能不适合光散射的方法分析。 动态光散射的应用:

1、测定蛋白质分子的均一性

蛋白质样品的均一性是生长晶体的前提条件,在无法直接观察蛋白质在溶液中状态的情况下,生长晶体是一个需要经验和运气的过程。但是用光散射技术,只需要几分钟就可以确切地告诉你,这个样品是否有长出晶体的可能性。你

还可以测定蛋白在不同溶液中的状态,从而确定出哪种溶液最适合生长晶体。

2、测定蛋白质分子的pH 稳定性

有些蛋白质分子在不同的pH 值条件下,会有不同的构型,或者形成聚合态,或是变性。如胰岛素在pH2.0时是以单体存在,而在pH3.0时则以二聚体形式存在,当pH 升至7.0时则以六聚体存在。因为这种变化表现为大小的变化,所以光散射技术可以用来测定蛋白质分子的pH 稳定性。

3、测定蛋白质分子的热稳定性

对一些热不稳定的蛋白,温度改变会导致分子变性聚合,因此可以观察到分子半径明显增大。所以可以利用光散射技术来研究蛋白质分子的热稳定性。

4、蛋白质变复性及折叠的研究

蛋白质变性时往往是以聚合形式或较松散的状态存在,复性后,蛋白质折叠成天然状态,会发生结构的变化,这一变化可以导致流体动力学半径的变化,所以光散射技术可以用来检测这一动态变化的过程。

5、临界胶束浓度的测定

一定浓度的表面活性剂分子加到溶液中会形成微胶束,但浓度不同会影响胶束的大小以及是否能够形成胶束。如果浓度增加到一定程度,胶束就会形成,胶束的大小和单分子大小会有明显区别,利用光散射就可以确定胶束形成的临界浓度。 使用时应注意事项:

1、除尘要求:因为该仪器对样品及溶剂的除尘要求很高,所使用溶剂必须过滤,水为超纯水,样品瓶需预先洗干净并用丙酮蒸汽做除尘处理并干燥好。

2、样品要求:动态法:样品需完全分散在分散介质中,浓度约为千分之一 静态法:除尘要求很高,样品需完全溶解在溶剂中,需准确配置

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