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Polymer Kennzeichnung Unter Verwendung der Lichtstreuungs-Techniken und Gerät Von Malvern-Instrumenten

Themen Umfaßt

Hintergrund
     Dynamische Lichtstreuung
      Polymere
     Nichtinvasive RückstreuOptik
Fallstudien
     Fallstudie 1: Messende Polymer-Molekulare Größe und Gewicht
     Fallstudie 2 - Überwachungs-Polymer-Phasen-Übergänge
     Fallstudie 3: Überwachen von Änderungen in der Polymeranpassung
Schlussfolgerungen
Nano-Anlage Zetasizer

Hintergrund

Lichtstreuungstechniken sind für die Kennzeichnung von Lösungen von Polymeren und von Makromolekülen weit verbreitet.

Dynamische Lichtstreuung

Die Dynamische Lichtstreuung (wissen Sie auch als Photonwechselbeziehungsspektroskopie (PCS) und quasielastische Lichtstreuung (QELS)), misst das zeitabhängige Fluktuieren in der Intensität des Streulichts, das auftritt, weil die Partikel Brownische Bewegung durchmachen. Die Geschwindigkeit dieser Brownischen Bewegung wird gemessen und wird der Übersetzungsdiffusionskoeffizient D. gerufen. Dieser Diffusionskoeffizient kann in Teilchengröße unter Verwendung der Schüren-Einstein-Gleichung konvertiert werden.

Polymere

Polymere werden in einer großen Vielfalt von den Anwendungen wegen ihrer Vielfalt von Eigenschaften verwendet. Die Molekülstruktur, die Anpassung und die Orientierung der Polymermoleküle können die makroskopischen Eigenschaften des Materials groß beeinflussen.

Gelegentliche Ringpolymermoleküle haben offene Anpassungen. Dieses ergibt niedrige Brechungskoeffizient-Unterschiede mit der kontinuierlichen Phase und infolgedessen streuen sie sehr wenig Leuchte. Für solche schwach zerstreuen Proben ist möglicherweise die Intensität des Zerstreuens beobachtet unter Verwendung herkömmlicher DLS-Instrumente (d.h. 90° Befund) nicht genügend, damit erfolgreiche Bearbeitenmaße durchgeführt werden können.

Nichtinvasive RückstreuOptik

Die Nano-Reichweite Zetasizer der Instrumente enthält nichtinvasive hintere Optik der Streuung (NIBS™). Das Streulicht wird schräg von 173° entdeckt. Die neue Optikanordnung maximiert den Befund des Streulichts beim Beibehalten von Signalqualität. Dieses liefert die außergewöhnliche Empfindlichkeit, die für das Messen der Größe der Moleküle kleineres Daltons als 1000 gefordert wird.

Fallstudien

Diese Anwendungsanmerkung fasst die Maße zusammen, die in gelöster Form auf verschiedenen Polymeren unter Verwendung des Zetasizer Nano-S. gemacht werden. Das Nano-S enthält einen Er-Ne 4mW Laser, der an einer Wellenlänge von 633nm und von Lawinenphotodiodedetektor (APD) funktioniert.

Fallstudie 1: Messende Polymer-Molekulare Größe und Gewicht

Dachte Sogar, dass absolute Molekulargewichtmaße unter Verwendung der statischen Lichtstreuung, Molekulargewicht können von DLS-Maßen manchmal geschlossen werden erhalten werden, indem man das Kennzeichen-Houwinck Verhältnis ausnutzt, das die Grenzviskosität einer Polymerlösung im Hinblick auf das Molekulargewicht des aufgelösten Stoffs definiert.

Dieses fällt aus, zum Übersetzungsdiffusionskoeffizienten (d) der Moleküle in der folgenden Gleichung eng verwandt zu sein:

D = Kilometer- α

Wo K eine Konstante für ein bestimmtes Polymer in einem Lösungsmittel ist, ist M das Molekulargewicht des aufgelösten Stoffs und á ist ein angleichbarer Parameter, der in gelöster Form die Kompaktheit des Moleküls beschreibt. Ein Messwert für á von 1 schlägt vor, dass die Moleküle des aufgelösten Stoffs steife Gestänge sind; ein Wert von 0,5 bis 0,67 wird mit gelegentlichen Ringen erhalten und ein Wert von 0,3 tritt für Kugeln auf. Deshalb ist es möglich, Informationen betreffend die Anpassung eines Moleküls des aufgelösten Stoffs in einem bestimmten Lösungsmittel von DLS-Maßen einzuholen.

Tabelle 1 fasst die DLS-Bearbeitenmaße zusammen, die an einigen Polystyrenproben von verschiedenen Molekulargewicht aufgelöst im Toluol durchgeführt werden. Der z-durchschnittliche Durchmesser ist der Mitteldurchmesser, der auf der Intensität des Streulichts basiert.

Z-durchschnittliche Durchmesser der Tabelle 1. (in den nanometres) erhalten für die verschiedenen bekannten Molekulargewichtpolystyrenproben aufgelöst im Toluol

Polystyren Molekulargewicht (Daltons)

Z-Durchschnittlicher Durchmesser (nm)

980

3,2

9860

7,0

9600

14,2

1214000

29,2

Logs der Gleichung Nehmend, wird D = Kilometer, der folgende Ausdruck erhalten;

Protokollieren Sie D = Log K - α Log M

Deshalb gibt ein Diagramm von Log D gegen Log M einen Plan, dessen Steigung á ist. Der Übersetzungsdiffusionskoeffizient, D, hängt mit Teilchengröße durch die Schüren-Einstein-Gleichung zusammen. Deshalb erlaubt ein Plan der LogTeilchengröße gegen Log M auch Bestimmung des Wertes von á. Abbildung 1 zeigt solch einen Plan für die Daten, die in Tabelle 1. enthalten werden. Die Steigung der Zeile ist 0,31 anzeigend, dass die Polystyrenmoleküle eine kugelförmige Anpassung im Toluol angenommen haben.

Abbildung 1. Plan des z-durchschnittlichen Durchmessers des Logs gegen Molekulargewicht des Logs für Polystyren im Toluol. Die Steigung der Zeile ist 0,31 anzeigend, dass die Moleküle eine kugelförmige Anpassung ist Lösung haben.

Fallstudie 2 - Überwachungs-Polymer-Phasen-Übergänge

(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) ist eins der weithin bekanntesten Polymere Poly, das einen umschaltbaren, Temperatur-abhängigen Phasenübergang aufweist. Die Temperatur, bei der diese auftritt, bekannt als der Kristallisationspunkt oder niedrigere kritische die Lösungstemperatur (LCST). PNIPAM ist bei den Temperaturen unter dem LCST löslich und das Polymer hat eine gelegentliche Ringanpassung. Bei den Temperaturen über dem LCST, stürzen die Polymerketten in ein Kügelchen ein. Dieser scharfe Übergang wird zu den Änderungen in der Wasserstoffmasseverbindung von Wassermolekülen zur Amidgruppe der Seitenkette zugeschrieben.

Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse, die von einem Temperaturscan einer Probe von PNIPAM erzielt werden, das in entionisiertem Wasser bei einer 0,01% W-/Vkonzentration vorbereitet wird. Maße wurden in Abständen 0.5°C unter Verwendung einer Temperaturspanne 10 zu 40°C. gemacht. Eine Verzögerungszeit von 5 Minuten wurde an jeder Temperatur verwendet, um zu garantieren, dass die Beispielviskosität abgeglichen wurde, bevor die Maße genommen wurden. Beide der Mittelzählrate- (im Kilo zählt pro Sekunde (kcps)) und z-durchschnittlichedurchmesser (nm) werden als Funktion der Temperatur grafisch dargestellt (°C).

Abbildung 2. Der Mittelzählrate- (kcps) und z-durchschnittlichedurchmesser (nm) von PNIPAM stellte als Funktion der Temperatur grafisch dar.

Die große Zunahme der Mittelzählrate auf eine Temperatur von 32°C ist mit vorher erschienenen LCST-Werten für PNIPAM in Einklang. Diese Zunahme des Streulichts resultiert aus einer Änderung im Brechungskoeffizienten der PNIPAM-Moleküle, während sie einen Übergang vom gelegentlichen Ring zu kondensiertem Kügelchen durchmachen. Der Brechungskoeffizient der kondensierten Kügelchenzelle ist höher als der des gelegentlichen Ringpolymers.

Abbildung 3 zeigt die IntensitätsKorngrößenverteilungen, die (a) an 10°C und (b) an 40°C. erreicht werden. Wenn die PNIPAM-Moleküle in einer gelegentlichen Ringkonfiguration sind, ist die Korngrößenverteilung verglichen mit breiteres, wenn das Polymer in einem kondensierten Kügelchen ist. Die PolyzerstreubarkeitsIndexwerte, die bei diesen zwei Temperaturen erhalten werden, sind 0,491 und 0,087 beziehungsweise. Je niedrig bestätigt Wert von 0,087 desto die schmalere Korngrößenverteilung, die an 40°C. gesehen wird.

Abbildung 3. IntensitätsKorngrößenverteilungen von 0.01%w/v PNIPAM gemessen (a) an 10°C und (b) an 40°C.

Fallstudie 3: Überwachen von Änderungen in der Polymeranpassung

Die Dynamische Lichtstreuung kann überwachen leicht abhängige Änderungen der Temperatur in der Anpassung von Polymerpartikeln. Abbildung 4 zeigt den Effekt auf den Mittelzählrate- und z-durchschnittlichendurchmesser einer Polymerpartikelstreuung, wie die Temperatur erhöht wurde. Die Maße wurden in Abständen 1°C mit einer Gleichgewichtherstellungszeit von 5 Minuten bei jeder Temperatur gemacht.

Abbildung 4. Der Effekt des Erhöhens von Temperatur auf den Mittelzählrate- und z-durchschnittlichendurchmesser einer Polymerpartikelstreuung.

Die z-durchschnittlichen Durchmesserzunahmen bei Zunahme der Temperatur. Normalerweise ist eine Zunahme des z-durchschnittlichen Durchmessers eine Anzeige über Partikelanhäufung. Dieses würde auch eine Zunahme der Mittelzählrate ergeben. Jedoch der Ergebnisse, die in dieser Studie erzielt werden, Verringerung die Mittelzählraten nach Heizung. Deshalb zeigt die Zunahme des Mitteldurchmessers an, dass die Polymerpartikel bei Zunahme der Temperatur schwellen. Während die Anpassung dieser geschwollenen Partikel bei Zunahme der Temperatur offener wird, verringert sich der Brechungskoeffizient von Partikeln mit einer resultierenden Abnahme an der Mittelzählrate.

Schlussfolgerungen

Die Nano-Serie Zetasizer mit NIBS™-Optik lässt die Studie von sehr kleinem zu und schwach zerstreut Partikel wie Polymere bei niedrigen Konzentrationen. Die Nano-Software lässt die einfache Installation der Temperatur gegen Größen- und Intensitätsmaße mit voller Kontrolle in Gleichgewichtherstellungszeiten zu. Das Überwachen beider Mittelzählrate und Teilchengröße als Funktion der Temperatur bekommt Informationen über Änderungen in der Polymeranpassung heraus und hilft, zu verstehen, welche Prozesse auftreten.

Nano-Anlage Zetasizer

Die Nano-Anlage Zetasizer von Malvern-Instrumenten ist das erste Kreditpapier der Privatwirtschaft, zum der Kleinteile und der Software für kombinierte dynamische, statische und elektrophoretische Lichtstreuungsmaße zu umfassen. Die große Auswahl von den Beispieleigenschaften, die für Maß mit der Nano-Anlage Zetasizer erhältlich sind, umfassen, Teilchengröße, Molekulargewicht und Zetapotential.

Die Nano-Anlage Zetasizer wurde speziell konstruiert, um die niedrige Konzentration und die Probenmengenbedingungen zu erfüllen, die gewöhnlich mit den pharmazeutischen und biomolekularen Anwendungen, zusammen mit den Anforderungen der hohen Konzentration für kolloidale Anwendungen verbunden sind. Diese eindeutige Mischung von Anforderungen Zufriedenzustellen war über die Integration einer optischen Rückstreuanlage und der Auslegung einer neuen Zellkammer erreicht. Als Folge dieser Merkmale überschreiten die Nano-Bedingungen Zetasizer für Stichprobengröße und die Konzentration die für jedes andere handelsübliche dynamische Lichtstreuungsinstrument, mit einer Größenreichweite 0.6nm bis 6µm und einen Konzentrationsbereich des Lysozyms 0.1mg/mL zu 40% W/V.

Zur patentierten Kleinteilauslegung, ergänzt sich die DTS-Software und stellt Instrumentregelung und Datenanalyse für die Nano-Anlage Zetasizer zur Verfügung. Die DTS-Software verwendet den Selbst, der Algorithmen analysiert, um zu versichern, dass die optische Installation für jedes Set experimentelle Bedingungen optimiert und eine eindeutige Maßnahme „mit einen Klicks“ umfaßt wird, analysiert und berichtet über das Merkmal, das konstruiert wird, um die neue Benutzerlernkurve herabzusetzen.

Quelle: „Kennzeichnung von Polymeren Unter Verwendung der Lichtstreuungs-Techniken“, Anwendungs-Anmerkung durch Malvern-Instrumente.

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Malvern Instruments Ltd (GROSSBRITANNIEN) oder Malvern-Instrumente (USA).

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