动态光散射Dynamic-Light-Scattering

动态光散射DynamicLightScattering(DLS)，也称光子相关光谱PhotonCorrelationSpectroscopy(PCS)，准弹性光散射quasi-elasticscattering，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。0.05单分散体系，如一些乳液的标样。0.08近单分散体系，但动态光散射只能用一个单指数衰减的方法来分析，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。