Newsletters

Caracterización del Polímero Usando Técnicas de la Dispersión Luminosa y Equipo De los Instrumentos de Malvern

Temas Revestidos

Antecedentes
     Dispersión Luminosa Dinámica
      Polímeros
     La Óptica No invasor del Retrodifusor
Estudios de Caso
     Estudio de Caso 1: Talla y Peso Moleculares de Medición del Polímero
     Estudio de Caso 2 - Transiciones de Fase del Polímero de la Supervisión
     Estudio de Caso 3: Vigilar cambios en la conformación del polímero
Conclusiones
Sistema Nano de Zetasizer

Antecedentes

Las técnicas de la dispersión Luminosa son ampliamente utilizadas para la caracterización de soluciones de polímeros y de macromoléculas.

Dispersión Luminosa Dinámica

La dispersión luminosa Dinámica (también sepa como la espectroscopia de la correlación del fotón (PCS) y dispersión luminosa cuasielástica (QELS)) mide las fluctuaciones dependientes del tiempo en la intensidad de la luz dispersa que ocurre porque las partículas están experimentando el movimiento Browniano. La velocidad de este movimiento Browniano se mide y se llama el coeficiente de difusión de translación D. Este coeficiente de difusión se puede convertir en talla de partícula usando la ecuación de Alimentar-Einstein.

Polímeros

Los Polímeros se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones debido a su diversidad de propiedades. La estructura molecular, la conformación y la orientación de las moléculas del polímero pueden afectar grandemente a las propiedades macroscópicas del material.

Las moléculas Al Azar del polímero de la bobina tienen conformaciones abiertas. Esto da lugar a diferencias inferiores del Índice de refracción con la fase contínua y como consecuencia dispersan la luz muy pequeña. Para tales muestras débil el dispersar, la intensidad de dispersar observada usando los instrumentos convencionales de DLS (es decir detección del 90°) puede no ser suficiente para que las mediciones acertadas del apresto sean realizadas.

La Óptica No invasor del Retrodifusor

El rango Nano de Zetasizer de instrumentos incorpora las ópticas traseras no invasores de la dispersión (NIBS™). La luz dispersa se detecta en ángulo de 173°. La ordenación nueva de la óptica maximiza la detección de la luz dispersa mientras que mantiene calidad de señal. Esto proporciona a la sensibilidad excepcional que se requiere para medir la talla de las moléculas un Daltons más pequeño de 1000.

Estudios de Caso

Esta nota de aplicación resume las mediciones hechas en los diversos polímeros en la solución usando el Zetasizer S. Nano. El S Nano contiene un laser del Él-Ne 4mW operatorio en una longitud de onda de 633nm y de un detector del fotodiodo (APD) del alud.

Estudio de Caso 1: Talla y Peso Moleculares de Medición del Polímero

Incluso pensó que las mediciones absolutas del peso molecular están obtenidas usando la dispersión luminosa estática, peso molecular se pueden deducir a veces de mediciones de DLS explotando el lazo de la Marca-Houwinck que define la viscosidad intrínseca de una solución del polímero en términos de peso molecular del soluto.

Esto resulta estar estrechamente vinculado al coeficiente de difusión de translación (d) de las moléculas en la ecuación siguiente:

D = kilómetro- α

Donde está un constante k para un polímero determinado en un disolvente, M es el peso molecular del soluto y el á es un parámetro conformacional que describe la compacticidad de la molécula en la solución. Un valor medido para el á de 1 sugiere que las moléculas del soluto son varillas rígidas; un valor de 0,5 a 0,67 se obtiene con las bobinas al azar y un valor de 0,3 ocurre para las esferas. Por Lo Tanto, es posible obtener la información con respecto a la conformación de una molécula del soluto en un disolvente determinado de mediciones de DLS.

El Cuadro 1 resume las mediciones del apresto de DLS realizadas en varias muestras del poliestireno de diversos pesos moleculares disueltas en tolueno. El diámetro z-medio es el diámetro medio basado en la intensidad de la luz dispersa.

Diámetros z-medios del Cuadro 1. (en nanometres) obtenidos para las diversas muestras sabidas del poliestireno del peso molecular disueltas en tolueno

Peso Molecular del Poliestireno (Daltons)

Diámetro z-Medio (nanómetro)

980

3,2

9860

7,0

9600

14,2

1214000

29,2

Tomando los registros de la ecuación se obtiene D = el kilómetro, la expresión siguiente;

Registre D = el Registro k - Registro M del α

Por Lo Tanto un gráfico del Registro D comparado con el Registro M dará un gráfico cuyo declive sea á. El coeficiente de difusión de translación, D, se relaciona con la talla de partícula con la ecuación de Alimentar-Einstein. Por Lo Tanto, un gráfico de la talla de partícula del Registro comparado con el Registro M también permite la determinación del valor del á. El Cuadro 1 muestra tal gráfico para los datos contenidos en el cuadro 1. El declive de la línea es 0,31 que indica que las moléculas del poliestireno han adoptado una conformación esférica en tolueno.

Cuadro 1. Gráfico del diámetro z-medio del registro comparado con el peso molecular del registro para el poliestireno en tolueno. El declive de la línea es 0,31 que indica que las moléculas tienen una conformación esférica son solución.

Estudio de Caso 2 - Transiciones de Fase del Polímero de la Supervisión

Polivinílico (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) es uno de los polímeros más bien conocidos que exhibe una transición de fase reversible, temperatura-relacionada. La temperatura en la cual ésta ocurre se conoce como la punta de nube o la temperatura crítica más inferior de la solución (LCST). PNIPAM es soluble en las temperaturas debajo del LCST y el polímero tiene una conformación al azar de la bobina. En las temperaturas encima del LCST, los encadenamientos del polímero se desploman en un glóbulo. Esta transición sostenida se atribuye a los cambios en la vinculación del hidrógeno de las moléculas de agua al grupo de amida del encadenamiento lateral.

El Cuadro 2 muestra los resultados obtenidos de una exploración de la temperatura de una muestra de PNIPAM preparado en agua desionizada en 0,01% concentraciones del peso/volumen. Las Mediciones fueron hechas en los intervalos 0.5°C usando una gama de temperaturas de 10 a 40°C. Un rato de retraso de 5 minutos fue utilizado en cada temperatura para asegurarse de que la viscosidad de la muestra fue equilibrada antes de que las mediciones fueran tomadas. Ambo el tipo medio de la cuenta (en kilo cuenta por segundo (kcps)) y el diámetro z-medio (nanómetro) se trazan en función de la temperatura (°C).

Cuadro 2. El tipo medio de la cuenta (kcps) y el diámetro z-medio (nanómetro) de PNIPAM trazaron en función de temperatura.

El aumento grande en el tipo medio de la cuenta en una temperatura de 32°C es constante con los valores previamente publicados de LCST para PNIPAM. Este aumento en los resultados pálidos dispersos de un cambio en el Índice de refracción de las moléculas de PNIPAM como experimentan una transición de la bobina al azar al glóbulo condensado. El Índice de refracción de la estructura condensada del glóbulo es más alto que el del polímero al azar de la bobina.

El Cuadro 3 muestra a intensidad las distribuciones dimensionales obtenidas en (a) 10°C y (b) 40°C. Cuando las moléculas de PNIPAM están en una configuración al azar de la bobina, la distribución dimensional es más amplia comparada a cuando el polímero está en un glóbulo condensado. Los valores de índice de la polidispersidad obtenidos en estas dos temperaturas son 0,491 y 0,087 respectivamente. El valor más inferior de 0,087 confirma la distribución dimensional más estrecha considerada en 40°C.

Cuadro 3. distribuciones dimensionales de la Intensidad de 0.01%w/v PNIPAM medido en (a) 10°C y (b) 40°C.

Estudio de Caso 3: Vigilar cambios en la conformación del polímero

La dispersión luminosa Dinámica puede vigila fácilmente cambios relacionados de la temperatura en la conformación de las partículas del polímero. El Cuadro 4 demostraciones el efecto sobre el índice medio de la cuenta y el diámetro z-medio de una dispersión de la partícula del polímero como la temperatura fue aumentado. Las mediciones fueron hechas en los intervalos 1°C con un rato del equilibrio de 5 minutos en cada temperatura.

Cuadro 4. El efecto de aumentar temperatura sobre el tipo medio de la cuenta y el diámetro z-medio de una dispersión de la partícula del polímero.

Los aumentos z-medios del diámetro con el aumento de la temperatura. Normalmente, un aumento en el diámetro z-medio es una indicación de la agregación de la partícula. Esto también daría lugar a un aumento en el tipo medio de la cuenta. Sin Embargo, en los resultados obtenidos en este estudio, los tipos medios de la cuenta disminuyen sobre la calefacción. Por Lo Tanto, el aumento en el diámetro medio indica que las partículas del polímero se están hinchando con el aumento de temperatura. Como la conformación de estas partículas hinchadas llega a estar más abierta con el aumento de temperatura, el Índice de refracción de las disminuciones de las partículas con una disminución resultante del tipo medio de la cuenta.

Conclusiones

La serie Nana de Zetasizer con las ópticas de NIBS™ permite el estudio de muy pequeño, dispersando débil partículas tales como polímeros en las concentraciones inferiores. El software Nano permite la fácil instalación de la temperatura comparado con mediciones de la talla y de la intensidad con el pleno control durante tiempos del equilibrio. Vigilando ambos el tipo de la cuenta y la talla de partícula medios en función de temperatura saca la información sobre cambios en la conformación del polímero y ayuda a entender están ocurriendo qué procesos.

Sistema Nano de Zetasizer

El sistema Nano de Zetasizer de los Instrumentos de Malvern es el primer instrumento comercial para incluir el soporte físico y el software para las mediciones dinámicas, estáticas, y electroforéticas combinadas de la dispersión luminosa. La amplia gama de las propiedades de la muestra disponibles para la medición con el sistema Nano de Zetasizer incluye, talla de partícula, peso molecular, y potencial de la zeta.

El sistema Nano de Zetasizer fue diseñado específicamente para cumplir los requisitos inferiores del volumen de la concentración y de muestra asociados típicamente a aplicaciones farmacéuticas y biomoleculares, junto con los requisitos de la alta concentración para las aplicaciones coloidales. La Satisfacción de esta mezcla única de requisitos era realizada vía la integración de un sistema óptico del retrodifusor y del diseño de un compartimiento nuevo de la célula. Como consecuencia de estas características, los pliegos de condiciones Nanos de Zetasizer para el tamaño de muestra y la concentración exceden ésos para cualquier otro instrumento dinámico disponible en el comercio de la dispersión luminosa, con una gama de tallas de 0.6nm hasta los 6µm, y un rango de concentración de la lisozima 0.1mg/mL hasta el peso/volumen del 40%.

Complementario al diseño de dotación física patentado, es el software de DTS, proporcionando a mando del instrumento y al análisis de datos para el Sistema Nano de Zetasizer. El software de DTS utiliza al uno mismo que analiza algoritmos para asegurar que el ajuste óptico está optimizado para cada conjunto de condiciones experimentales, e incluye una dimensión única de “un tecleo”, analiza, y señala la característica diseñada para disminuir la nueva curva de aprendizaje del utilizador.

Fuente: “Caracterización de Polímeros Usando Técnicas de la Dispersión Luminosa”, Nota de Aplicación por los Instrumentos de Malvern.

Para más información sobre esta fuente visite por favor Malvern Instruments Ltd (REINO UNIDO) o los Instrumentos de Malvern (los E.E.U.U.).

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit