トピックがカバー
背景
動的光散乱
ポリマー
非侵襲後方散乱光学系
ケーススタディ
ケーススタディ1：測定ポリマー分子サイズと重量
ケーススタディ2 -監視ポリマーの相転移
ケーススタディ3：ポリマーのコンフォメーションの変化をモニタリングする
結論
ゼータサイザーナノシステム
背景
光散乱の手法が広くポリマーと高分子溶液の特性評価に使用されます。
動的光散乱
動的光散乱は、（また、光子相関分光法（PCS）および準弾性光散乱（QELS）として知られている）粒子がブラウン運動を受けているために起こる散乱光の強度の時間依存変動を測定します。このブラウン運動の速度が測定され、この拡散係数はStokes - Einsteinの式を用いて粒径に変換することができる並進拡散係数Dに呼ばれています。
ポリマー
ポリマーは、性質の彼らの多様性に起因するさまざまなアプリケーションで使用されています。ポリマー分子の分子構造、コンフォメーションと配向性が大幅に材料のマクロな性質に影響を与える可能性があります。
ランダムコイルポリマーの分子は、オープンコンフォメーションを持っている。連続相とし、その結果彼らは散乱はほとんど光をのような低屈折率の違いでこの結果。そのような弱い散乱サンプルについては、散乱の強度が実行される成功のサイジング測定のために十分ではないかもしれない、従来のDLS楽器（すなわち90 °検出）を使用して観察。
非侵襲後方散乱光学系
ゼータサイザーナノの楽器の範囲は、非侵襲的後方散乱（NIBS™）光学系を搭載しています。散乱光は、173℃の角度で検出される。信号品質を維持しながら、新たな光学素子の配置は、散乱光の検出を最大化します。これは、1000より小さい分子の大きさを測定するために必要とされる卓越した感度を提供します。 ダルトン 。
ケーススタディ
このアプリケーションノートでは、使用して、溶液中の様々なポリマーで行われた測定要約ゼータサイザーナノSを 。ナノSは633nmの波長とアバランシェフォトダイオード（APD）検出器で4MWのHe - Neレーザの動作が含まれています。
ケーススタディ1：測定ポリマー分子サイズと重量
であっても、絶対分子量測定は、静的光散乱を用いて得られると思った、分子量は時々溶質の分子量の点でポリマー溶液の固有粘度を定義するマークHouwinckの関係性を悪用してDLS測定結果から推測することができます。
これは密接に次式の分子の並進拡散係数（D）に関連したことが判明。
D = KM - α
kは溶媒中の特定のポリマーのための定数であり、Mは溶質の分子量であり、Aは、溶液中の分子のコンパクトさを記述するコンフォメーションパラメータです。 1のAの測定値は、溶質分子が剛体棒であることを示唆している。0.67から0.5の値はランダムコイルと0.3の値は球のために発生すると得られる。したがって、それはDLS測定結果から特定の溶媒中の溶質分子のコンフォメーションに関する情報を得ることができる。
表1は、トルエンに溶解した様々な分子量のポリスチレンサンプル数で行われる計測のサイジングDLSをまとめたものです。 z -平均直径は、散乱光の強度に基づいて平均直径である。
トルエンに溶解した種々の公知の分子量のポリスチレンのサンプルについて得られた表1。z -平均直径（ナノメートルで）
| |
980 | 3.2 |
9860 | 7.0 |
9600 | 14.2 |
1214000 | 29.2 |
方程式のログを取ってD = KM、次の式が得られる。
ログインD =ログK - αログM
したがって、ログD対ログMのグラフは、その傾きáのプロットが得られます。並進拡散係数、Dは、ストークアインシュタイン方程式により粒子の大きさに関係している。そのため、ログの粒径に対するログMのプロットは、Aの値を決定することができます。図1は、表1に含まれるデータのためのそのようなプロットを示しています。直線の傾きは、ポリスチレンの分子はトルエンで球状の立体構造を採用していることを示す0.31です。
図1のz -平均直径ログに対し、トルエンでポリスチレンの分子量を記録するのプロット。直線の傾きは、分子が球状の立体配座は溶液である持っていることを示す0.31です。
ケーススタディ2 - 監視ポリマーの相転移
ポリ（N -イソプロピルアクリルアミド）（PNIPAM）は可逆、温度に依存する相転移を示す最もよく知られているポリマーの一つである。これが起こる温度を曇点または下限臨界溶液温度（LCST）として知られています。 PNIPAMはLCST以下の温度で溶解し、ポリマーは、ランダムコイルコンフォメーションを持っています。 LCST以上の温度、ポリマー鎖球に崩壊で。この急峻な変化は、側鎖のアミド基に水分子の水素結合の変化に起因する。
図2は、0.01％w / vの濃度で脱イオン水で調製したPNIPAMのサンプルの温度スキャンから得られた結果を示しています。測定は40℃に10の温度範囲を使用して、0.5℃の間隔で行われた5分の遅延時間は、測定が行われた前に、サンプルの粘度が平衡化されたことを確認するために各温度で使用されていました。平均カウントレート（1秒あたりのキロ数（計数率）の）とz -平均直径（nm）の両方を温度の関数（° C）としてプロットされています。
図2。PNIPAMの平均計数率（計数率）とz -平均直径（nm）は温度の関数としてプロット。
32の温度における平均計数率の大幅な増加° CはPNIPAMのための以前に発行されたLCSTの値と一致している。彼らはランダムコイルから凝縮したグロビュールへの転移を起こすとPNIPAM分子の屈折率の変化からの散乱光の結果でこの増加。凝縮したグロビュール構造の屈折率は、ランダムコイルのポリマーよりも高いです。
図3の（a）10℃および（b）40℃で得られる強度の粒径分布を示しています。 PNIPAMの分子がランダムコイルの構成になっているときに、サイズの分布は、ポリマーが凝縮球のときに比べて広いです。これら二つの温度で得られる多分散性指数の値はそれぞれ0.491と0.087です。 0.087の低い値は40℃で見られる狭い粒度分布を確認する
図3 0.01％w / vのPNIPAMの強度の粒径分布は10（）で測定° Cおよび（b）40℃
ケーススタディ3：ポリマーのコンフォメーションの変化をモニタリングする
動的光散乱法は、容易にポリマー粒子の立体構造の温度依存性の変化を監視することができます。温度が上昇したとして図4は、平均カウントレートとポリマー粒子分散液のz -平均直径の影響を示しています。測定は各温度で5分間の平衡時間と1℃間隔で行った。
図4平均カウントレートとポリマー粒子分散液のz -平均直径に対する温度上昇の効果。
z -平均直径は、温度の上昇とともに増加する。通常は、z -平均直径の増加は、粒子の凝集の指標です。これはまた、平均カウントレートで増加することになる。しかし、本研究で得られた結果で、平均カウントレートは、加熱時に減少する。したがって、平均直径の増加は、ポリマー粒子は、温度の上昇とともに腫れていることを示しています。これらの膨潤した粒子の立体構造は、温度の上昇に伴って、よりオープンになるにつれ、粒子の屈折率は、平均カウントレートの結果減少に伴って減少する。
結論
ゼータサイザーナノの NIBS™光学系とのシリーズは、このような低濃度でポリマーとしては非常に小さく、弱い散乱粒子の研究が可能になります。ナノのソフトウェアは、平衡化時間を完全に制御温度とサイズと強度の測定値を設定することが出来ます。温度の関数としての平均計数率と粒径の両方を監視すると、ポリマーコンフォメーションの変化に関する情報を引き出すと、プロセスが発生しているかを理解するのに役立ちます。
ゼータサイザーナノシステム
ゼータサイザーナノのマルバーンからシステムを組み合わせた、動的、静的、および電気泳動光散乱測定のためのハードウェアとソフトウェアを搭載した最初の商用インストゥルメントです。ゼータサイザーナノシステムインクルード、粒径、分子量、及びゼータ電位と測定可能なサンプルの特性の広い範囲。
ゼータサイザーナノシステムは、特にコロイドアプリケーション用の高濃度の要件と共に、一般的に製薬や生体分子のアプリケーションに関連付けられている低濃度とサンプルボリュームの要件を満たすように設計されました。要件のこのユニークな組み合わせを満たすことは後方散乱光学系の統合と新しい細胞室の設計によって実現されました。これらの機能の結果として、 ゼータサイザーナノのサンプルサイズと濃度の仕様は0.6N・mの量6μmの大きさの範囲、および40〜0.1mg/mLのリゾチームの濃度範囲で、他の市販の動的光散乱装置のためにそれらを超えて％w / vの
、特許取得済みのハードウェア設計を補完するための計測器制御およびデータ解析を提供して、DTSのソフトウェアですゼータサイザーナノシステム。 DTSのソフトウェアは、光学セットアップは実験条件の各セット用に最適化されていることを保証するために自己分析のアルゴリズムを利用し、新規ユーザーの学習曲線を最小限に抑えるように設計されたユニークな"ワンクリック"測定、分析、およびレポート機能が含まれています。
ソース：マルバーンによって、アプリケーションノート"光散乱法を用いたポリマーのキャラクタリゼーション"。
このソースの詳細についてはをご覧くださいマルバーン社（英国）またはマルバーン（アメリカ） 。