פולימר אפיון באמצעות פיזור אור טכניקות וציוד מ Malvern מכשירים

נושאים שידונו

רקע
פיזור אור דינאמי
פולימרים
לא פולשני Backscatter אופטיקה
סיפורי מקרה
מקרה 1: מדידת גודל פולימרים משקל מולקולרית
מקרה 2 - ניטור פולימר מעבר פאזה
מקרה 3: ניטור שינויים ב קונפורמציה פולימר
מסקנות
Zetasizer ננו מערכת

רקע

טכניקות פיזור אור נמצאים בשימוש נרחב עבור ואפיון של פתרונות של פולימרים מקרומולקולות.

פיזור אור דינאמי

פיזור אור דינאמי (גם יודע ספקטרוסקופיה קורלציה פוטון (PCS) ומעין פיזור אור אלסטי (QELS)) מודד את הזמן תלוי תנודות בעוצמת אור מפוזר המתרחשת כי החלקיקים עוברים תנועה בראונית. מהירות התנועה הבראונית זה נמדד נקרא מקדם דיפוזיה translational ד זה מקדם דיפוזיה ניתן להמיר את גודל החלקיקים באמצעות משוואת סטוקס איינשטיין.

פולימרים

פולימרים המשמשים למגוון רחב של אפליקציות בשל המגוון שלהם נכסים. המבנה המולקולרי הקונפורמציה, והכיוון של מולקולות הפולימר יכול מאוד להשפיע על תכונות מאקרוסקופיות של החומר.

פולימר מולקולות אקראי סליל יש תצורות פתוח. התוצאה היא מדד נמוך הבדלים השבירה עם השלב רציפה וכתוצאה מכך הם מפזרים אור מעט מאוד. לקבלת דוגמיות חלושות פיזור כזה, עוצמת פיזור שנצפו באמצעות קונבנציונאלי DLS מכשירים (כלומר 90 ° זיהוי) עלול שלא להספיק עבור מדידות גודל מצליח להתבצע.

לא פולשני Backscatter אופטיקה

ננו Zetasizer מגוון של מכשירים משלבת פולשני פיזור לאחור (שפיץ ™) אופטיקה. האור מפוזר מזוהה בזווית של ° 173. ההסדר אופטיקה רומן למקסימום את הזיהוי של אור מפוזר, תוך שמירה על איכות האות. זה מספק את רגישות יוצאת דופן, כי נדרשת למדידת גודל של מולקולות קטנות יותר 1000 Daltons .

סיפורי מקרה

זה פתק בקשה מסכם מדידות שנעשו על פולימרים שונים פתרון באמצעות ננו Zetasizer S . S Nano הוא מכיל 4mW-Ne ההפעלה לייזר באורך גל של 633nm ו photodiode מפולת (APD) גלאי.

מקרה 1: מדידת גודל פולימרים משקל מולקולרית

אפילו מחשבה מוחלט מדידות משקל מולקולרי מתקבלים באמצעות פיזור אור סטטי, משקל מולקולרי לפעמים יכול להיות להסיק מדידות DLS ידי ניצול יחסי Mark-Houwinck שמגדיר את צמיגות הפנימי של פתרון פולימר במונחים של משקל מולקולרי של המומס.

זה הופך להיות קשורה קשר הדוק מקדם דיפוזיה translational (ד) של המולקולות במשוואה הבאה:

D = ק"מ ^{- α}

איפה k הוא קבוע עבור פולימר מסוים ממס, M הוא המשקל המולקולרי של המומס לבין הוא פרמטר קונפורמציה המתאר את הקומפקטיות של המולקולה בתמיסה. ערך נמדד של 1 עולה כי מולקולות המומס הן מוטות נוקשה; ערך של 0.5-0.67 מתקבל עם סלילי אקראי ערך של 0.3 מתרחש עבור תחומים. לפיכך, ניתן לקבל מידע על קונפורמציה של מולקולת המומס בתוך ממס מסוים ממדידות DLS.

טבלה 1 מסכמת DLS גודל מדידות שבוצעו על מספר דגימות פוליסטירן של משקולות מולקולריים שונים המומסים טולואן. הקוטר הממוצע Z-הוא קוטר ממוצע המבוסס על עוצמת אור מפוזר.

טבלה 1. Z-הממוצע בקטרים ​​(ב ננומטר) שהתקבלו שונים דגימות ידוע פוליסטירן משקל מולקולרי מומס טולואן

נטילת יומנים של המשוואה D = ק"מ, את הביטוי הבא מתקבל;

התחבר D = התחבר k - α התחבר M

לכן גרף של D לעומת התחבר התחבר M ייתן עלילה אשר השיפוע הוא. מקדם דיפוזיה translational, D, קשורה גודל החלקיקים באמצעות המשוואה סטוק איינשטיין. לכן, בשטח של גודל החלקיקים לעומת התחבר התחבר M גם מאפשר קביעת ערך של. איור 1 מציג עלילה כזו של הנתונים הכלולים בטבלה 1. השיפוע של הקו הוא 0.31 המציין כי מולקולות פוליסטירן אימצו קונפורמציה כדורית טולואן.

באיור 1. מגרש של יומן Z-קוטר ממוצע לעומת יומן משקל מולקולרי עבור פוליסטירן ב טולואן. השיפוע של הקו הוא 0.31 המציין כי מולקולות יש קונפורמציה כדורית היא הפתרון.

מקרה 2 - ניטור פולימר מעבר פאזה

פולי (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) הוא אחד פולימרים הידועים ביותר שמספקת הפיך, הטמפרטורה תלויה המעבר לשלב. בטמפרטורה שבה זה מתרחש ידוע כנקודת ענן או טמפרטורה נמוכה פתרון קריטי (LCST). PNIPAM הוא מסיס בטמפרטורות מתחת LCST לבין הפולימר יש קונפורמציה סליל אקראי. בטמפרטורות מעל LCST, קריסת שרשראות הפולימר לתוך כדורית. המעבר החד הזה מיוחסת שינויים מליטה את המימן של מולקולות המים לקבוצת אמיד של שרשרת הצד.

איור 2 מציג את התוצאות שהתקבלו מסריקת טמפרטורה של מדגם של PNIPAM מוכן במים deionised בריכוז w / v 0.01%. המדידות נעשו ב 0.5 ° C במרווחים באמצעות טווח טמפרטורות של 10 עד 40 ° C. זמן איחור של 5 דקות שימש בטמפרטורת כל כדי להבטיח את צמיגות המדגם equilibrated לפני המדידות נלקחו. גם שיעור לספור אומר (בספירת קילו לשנייה (kcps)) ו-Z קוטר ממוצע (ננומטר) נרשמות כפונקציה של הטמפרטורה (° C).

איור 2. שיעור לספור אומר (kcps) ו-Z קוטר ממוצע (ננומטר) של PNIPAM זממו כפונקציה של הטמפרטורה.

עלייה גדולה בשיעור לספור אומר בטמפרטורה של 32 ° C עולה בקנה אחד עם ערכי LCST שפורסמו בעבר עבור PNIPAM. עלייה זו על תוצאות אור מפוזר משינוי מקדם השבירה של מולקולות PNIPAM כפי שהם עוברים המעבר סליל אקראי כדורית מרוכז. מקדם השבירה של מבנה כדורית מרוכז גבוהה מזו של הפולימר סליל אקראי.

איור 3 מראה את גודל העוצמה הפצות שהושג ב (א) 10 ° C ו - (ב) 40 ° C. כאשר מולקולות PNIPAM הם בתצורת סליל אקראי, התפלגות גודל רחב יותר לעומת כאשר הפולימר הוא כדורית מתומצתת. מדד polydispersity הערכים המתקבלים על שני אלה הטמפרטורות 0.491 ו - 0.087, בהתאמה. ערך נמוך של 0.087 מאשרת את התפלגות גודל צר לראות ב 40 ° C.

איור 3. גודל עוצמת הפצות של 0.01% w / v PNIPAM נמדד ב (א) 10 ° C ו - (ב) 40 ° C.

מקרה 3: ניטור שינויים ב קונפורמציה פולימר

פיזור אור דינאמי יכול בקלות לעקוב אחר השינויים בטמפרטורה תלויים קונפורמציה של חלקיקי הפולימר. איור 4 מראה את ההשפעה על שער לספור מתכוון Z-קוטר ממוצע של פיזור חלקיק פולימר כמו הטמפרטורה היתה מוגברת. המדידות נעשו ב 1 ° C עם מרווחי זמן איזון של 5 דקות בטמפרטורת כל אחד.

איור 4. השפעת הגדלת הטמפרטורה על קצב לספור מתכוון Z-קוטר ממוצע של פיזור חלקיק פולימר.

הקוטר הממוצע Z-עולה עם הטמפרטורה גוברת. בדרך כלל, גידול בקוטר Z-הממוצע הוא אינדיקציה צבירה החלקיקים. זה היה גם לגרום לעלייה בשיעור לספור מתכוון. עם זאת, התוצאות שהתקבלו במחקר זה, שיעורי לספור אומר ירידה על חימום. לכן, הגידול בקוטר ממוצע עולה כי חלקיקי הפולימר הם נפיחות עם הגדלת הטמפרטורה. כמו קונפורמציה של חלקיקים אלה נפוח הופך להיות יותר פתוח עם הגדלת הטמפרטורה, מקדם השבירה של החלקיקים פוחתת עם ירידה כתוצאה בשיעור לספור מתכוון.

מסקנות

ננו Zetasizer סדרה עם שפיץ ™ אופטיקה מאפשר לימוד, חלקיקים קטנים מאוד חלש פיזור כגון פולימרים בריכוזים נמוכים. התוכנה מאפשרת ננו ההתקנה קלה של מדידות טמפרטורה מול גודל ועוצמת עם שליטה מלאה על פי איזון. ניטור הן שיעור לספור מתכוון גודל החלקיקים כפי פונקציה של הטמפרטורה מעוררת מידע על שינויים קונפורמציה פולימר עוזר להבין מה הם התהליכים המתרחשים.

Zetasizer ננו מערכת

ננו Zetasizer המערכת Malvern מכשירים הוא הכלי המסחרי הראשון לכלול את החומרה והתוכנה עבור בשילוב מדידות פיזור דינאמי, סטטי, electrophoretic אור. מגוון רחב של תכונות המדגם עבור המדידה עם ננו Zetasizer מערכת כוללים, גודל החלקיקים, משקל מולקולרי, וכן פוטנציאל זטה.

ננו Zetasizer המערכת תוכננה במיוחד כדי לענות על ריכוז נמוך נפח דרישות מדגם הקשורות בדרך כלל עם יישומים התרופות biomolecular, יחד עם דרישות ריכוז גבוה עבור יישומים colloidal. קיום דרישות סעיף זה שילוב ייחודי של דרישות הושג באמצעות אינטגרציה של מערכת backscatter אופטיים את העיצוב של תא תא רומן. כתוצאה מתכונות אלה, ננו Zetasizer מפרטים עבור גודל המדגם ריכוז עולים על אלו של כל מכשיר אחר זמינים מסחרית פיזור אור דינאמי, עם מגוון גודל של 0.6nm כדי 6μm, ומגוון ריכוז 0.1mg/mL ליזוזים עד 40 % w / v.

משלימים לעיצוב חומרה פטנט, היא תוכנת DTS, מתן שליטה מכשיר וניתוח נתונים עבור Zetasizer ננו מערכת. התוכנה משתמשת באלגוריתמים לניתוח DTS עצמית כדי להבטיח את ההתקנה אופטי הוא מותאם עבור כל קבוצה של תנאי הניסוי, והוא כולל ייחודית "קליק אחד" למדוד, לנתח תכונה הדו"ח נועד למזער את עקומת הלמידה המשתמש החדש.

מקור: "אפיון פולימרים באמצעות טכניקות פיזור אור", הערה בקשה על ידי Malvern מכשירים.

לקבלת מידע נוסף על מקור זה בקר Malvern מכשירים בע"מ (בריטניה) או Malvern מכשירים (ארה"ב) .