Caratterizzazione del Polimero Facendo Uso delle Tecniche Leggere di Scattering e Strumentazione Dagli Strumenti di Malvern

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Sfondo
     Scattering Leggero Dinamico
      Polimeri
     Ottica Non invadente di Backscatter
Studi Finalizzati
     Studio Finalizzato 1: Dimensione e Peso Molecolari di Misurazione del Polimero
     Studio Finalizzato 2 - Transizioni di Fase del Polimero di Video
     Studio Finalizzato 3: Video dei cambiamenti nella conformazione del polimero
Conclusioni
Sistema Nano di Zetasizer

Sfondo

Le tecniche Leggere di scattering sono ampiamente usate per la caratterizzazione delle soluzioni di polimeri e di macromolecole.

Scattering Leggero Dinamico

Lo scattering leggero Dinamico (egualmente sappia come la spettroscopia di correlazione del fotone (PCS) e scattering leggero quasi elastico (QELS)) misura le fluttuazioni dipendenti dal tempo nell'intensità di indicatore luminoso sparso che accade perché le particelle stanno subendo il moto Browniano. La velocità di questo moto Browniano è misurata ed è chiamata il coefficiente di diffusione di traduzione D. Questo coefficiente di diffusione può essere convertito in dimensione delle particelle facendo uso dell'equazione di Rifornire-Einstein.

Polimeri

I Polimeri sono utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni dovuto la loro diversità dei beni. La struttura molecolare, la conformazione e l'orientamento delle molecole del polimero possono notevolmente pregiudicare i beni macroscopici del materiale.

Le molecole Casuali del polimero della spirale hanno conformazioni aperte. Ciò provoca le differenze basse di Indice di rifrazione con la fase continua e di conseguenza spargono l'indicatore luminoso pochissimo. Per tali campioni debolmente di dispersione, l'intensità dello scattering osservata facendo uso degli strumenti convenzionali di DLS (cioè rilevazione di 90°) non può essere sufficiente affinchè le riuscite misure dell'incollatura sia eseguita.

Ottica Non invadente di Backscatter

L'intervallo Nano di Zetasizer degli strumenti comprende le ottica arretrate non invadenti dello spargimento (NIBS™). L'indicatore luminoso sparso è individuato ad angolo di 173°. La disposizione novella dell'ottica massimizza la rilevazione di indicatore luminoso sparso mentre mantiene la qualità di segnale. Ciò fornisce la sensibilità eccezionale che è richiesta per la misurazione della dimensione delle molecole più piccolo Daltons di 1000.

Studi Finalizzati

Questa nota di applicazione riassume le misure effettuate sui vari polimeri in soluzione facendo uso dello Zetasizer S. Nano. La S Nana contiene un laser di Lui-Ne 4mW che funziona ad una lunghezza d'onda di 633nm e di un rivelatore del fotodiodo (APD) della valanga.

Studio Finalizzato 1: Dimensione e Peso Molecolari di Misurazione del Polimero

Anche ha pensato che le misure assolute del peso molecolare fossero ottenute facendo uso dello scattering leggero statico, peso molecolare potessero a volte essere arguite dalle misure di DLS sfruttando la relazione del Segno-Houwinck che definisce la viscosità intrinseca di una soluzione del polimero in termini di peso molecolare del soluto.

Ciò risulta essere strettamente connessa al coefficiente di diffusione di traduzione (D) delle molecole nella seguente equazione:

D = chilometro- α

Dove il K è una costante per un polimero particolare in un solvente, la M. è il peso molecolare del soluto e il á è un parametro conformazionale che descrive la compattezza della molecola in soluzione. Un valore misurato per un á di 1 suggerisce che le molecole del soluto siano coni retinici rigidi; un valore di 0,5 - 0,67 è ottenuto con le spirali casuali e un valore di 0,3 si presenta per le sfere. Di Conseguenza, è possibile ottenere le informazioni per quanto riguarda la conformazione di una molecola del soluto in un solvente particolare dalle misure di DLS.

La Tabella 1 riassume le misure dell'incollatura di DLS realizzate su una serie di campioni del polistirolo di vari pesi molecolari dissolti in toluene. Il diametro z-medio è il diametro medio basato sull'intensità di indicatore luminoso sparso.

Diametri z-medii della Tabella 1. (in nanometri) ottenuti per vari campioni conosciuti del polistirolo del peso molecolare dissolti in toluene

Peso Molecolare del Polistirolo (Daltons)

Diametro z-Medio (nanometro)

980

3,2

9860

7,0

9600

14,2

1214000

29,2

Catturando i registri dell'equazione la D = il chilometro, la seguente espressione è ottenuta;

Registro D = Registro K - Registro M. del α

Di Conseguenza un grafico del Registro D contro il Registro M. darà un diagramma di cui il pendio è á. Il coefficiente di diffusione di traduzione, D, è collegato con la dimensione delle particelle con l'equazione di Rifornire-Einstein. Di Conseguenza, un tracciato della dimensione delle particelle del Registro contro il Registro M. egualmente permette la determinazione del valore di á. Figura 1 mostra un tal diagramma per i dati contenuti in tabella 1. Il pendio della riga è 0,31 che indica che le molecole del polistirolo hanno adottato una conformazione sferica in toluene.

Figura 1. Tracciato del diametro z-medio del registro contro il peso molecolare del registro per il polistirolo in toluene. Il pendio della riga è 0,31 che indica che le molecole hanno una conformazione sferica è soluzione.

Studio Finalizzato 2 - Transizioni di Fase del Polimero di Video

Poli (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) è uno dei polimeri più ben noti che esibisce una transizione di fase reversibile e temperatura-dipendente. La temperatura a cui questa si presenta è conosciuta come il punto di nuvola o la temperatura critica più bassa della soluzione (LCST). PNIPAM è solubile alle temperature sotto il LCST ed il polimero ha una conformazione casuale della spirale. Alle temperature sopra il LCST, le catene del polimero sprofondano in un globulo. Questa transizione marcata è attribuita alle alterazioni nel legame dell'idrogeno delle molecole di acqua al gruppo di ammide della catena laterale.

Figura 2 mostra i risultati ottenuti da una scansione della temperatura di un campione di PNIPAM pronto in acqua deionizzata alle 0,01% concentrazioni di p/V. Le Misure sono state effettuate ad intervalli 0.5°C facendo uso di una gamma di temperature di 10 a 40°C. Un tempo di mora di 5 minuti è stato usato ad ogni temperatura per assicurare che la viscosità del campione fosse equilibrata prima che le misure fossero catturate. L'Entrambe tariffa media di conteggio (nel chilo conta al secondo (kcps)) ed il diametro z-medio (nanometro) sono tracciati in funzione della temperatura (°C).

Figura 2. La tariffa media di conteggio (kcps) ed il diametro z-medio (nanometro) di PNIPAM hanno tracciato in funzione della temperatura.

Il grande aumento nella tariffa media di conteggio ad una temperatura di 32°C è coerente con i valori precedentemente pubblicati di LCST per PNIPAM. Questo aumento nei risultati leggeri sparsi da un cambiamento nell'Indice di rifrazione delle molecole di PNIPAM come subiscono una transizione dalla spirale casuale al globulo condensato. L'Indice di rifrazione della struttura condensata del globulo è superiore a quello del polimero casuale della spirale.

Figura 3 mostra le distribuzioni per ampiezza dell'intensità ottenute (a) a 10°C e (b) 40°C. Quando le molecole di PNIPAM sono in una configurazione casuale della spirale, la distribuzione per ampiezza è più vasto confrontata a quando il polimero è in un globulo condensato. I valori di indice analitico della multidispersione ottenuti a queste due temperature sono rispettivamente 0,491 e 0,087. Il valore più basso di 0,087 conferma la distribuzione per ampiezza più stretta veduta a 40°C.

Figura 3. distribuzioni per ampiezza di Intensità di 0.01%w/v PNIPAM misurato (a) a 10°C e (b) 40°C.

Studio Finalizzato 3: Video dei cambiamenti nella conformazione del polimero

Lo scattering leggero Dinamico può facilmente riflette i cambiamenti dipendenti della temperatura nella conformazione delle particelle del polimero. La Figura 4 manifestazioni l'effetto sulla tariffa media di conteggio e sul diametro z-medio di una dispersione della particella del polimero come la temperatura è stata aumentata. Le misure sono state effettuate ad intervalli 1°C con un tempo di equilibramento di 5 minuti ad ogni temperatura.

Figura 4. L'effetto di aumento temperatura sulla tariffa media di conteggio e del diametro z-medio di una dispersione della particella del polimero.

Gli aumenti z-medii del diametro con l'aumento della temperatura. Normalmente, un aumento di diametro z-medio è un'indicazione dell'aggregazione della particella. Ciò egualmente provocherebbe un aumento nella tariffa media di conteggio. Tuttavia, nei risultati ottenuti in questo studio, le tariffe medie di conteggio diminuiscono sopra il riscaldamento. Di Conseguenza, l'aumento di diametro medio indica che le particelle del polimero stanno gonfiando con l'aumento della temperatura. Come la conformazione di queste particelle gonfiate diventa più aperta con l'aumento della temperatura, l'Indice di rifrazione delle diminuzioni delle particelle con una diminuzione risultante nella tariffa media di conteggio.

Conclusioni

La serie Nana di Zetasizer con le ottica di NIBS™ tiene conto lo studio di molto piccolo, spargente debolmente le particelle quali i polimeri alle concentrazioni basse. Il software Nano tiene conto l'impostazione facile della temperatura contro le misure dell'intensità e di dimensione con controllo totale durante i tempi di equilibramento. Riflettendo entrambi la tariffa di conteggio e la dimensione delle particelle medie in funzione della temperatura suscita le informazioni sui cambiamenti nella conformazione del polimero e contribuisce a capire che trattamenti stanno accadendo.

Sistema Nano di Zetasizer

Il sistema Nano di Zetasizer dagli Strumenti di Malvern è il primo strumento commerciale per comprendere il hardware ed il software per le misure leggere dinamiche, statiche ed elettroforetiche combinate di scattering. La vasta gamma dei beni del campione disponibili per la misura con il sistema Nano di Zetasizer include, dimensione delle particelle, peso molecolare e potenziale Zeta.

Il sistema Nano di Zetasizer specificamente è stato destinato per soddisfare le richieste basse del volume di campione e di concentrazione connesse tipicamente con le applicazioni farmaceutiche e biomolecolari, con i requisiti di alta concentrazione delle applicazioni colloidali. La Soddisfazione della questa miscela unica dei requisiti faceva via l'integrazione di un sistema ottico di backscatter e della progettazione di una camera novella delle cellule. In conseguenza di queste funzionalità, le specifiche Nane di Zetasizer per la dimensione del campione e la concentrazione superano quelle per qualunque altro strumento leggero dinamico disponibile nel commercio di scattering, con un intervallo di grandezza di 0.6nm a 6µm e un intervallo di concentrazione di lisozima 0.1mg/mL a p/V di 40%.

Complementare alla progettazione di hardware brevettata, è il software di DTS, fornendo il controllo dello strumento e l'analisi di dati per il Sistema Nano di Zetasizer. Il software di DTS utilizza l'auto che analizza gli algoritmi per assicurare che l'impostazione ottica sia ottimizzata per ogni insieme delle circostanze sperimentali e comprenda “una misura unica di un clic„, analizza e riferisce la funzionalità destinata per minimizzare la nuova curva di apprendimento dell'utente.

Sorgente: “Caratterizzazione dei Polimeri Facendo Uso delle Tecniche Leggere di Scattering„, Nota di Applicazione dagli Strumenti di Malvern.

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego Strumenti la Srl (REGNO UNITO) di Malvern o gli Strumenti di Malvern (U.S.A.).

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