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Caracterização do Polímero Usando Técnicas e Equipamento da Dispersão de Luz Dos Instrumentos de Malvern

Assuntos Cobertos

Fundo
     Dispersão de Luz Dinâmica
      Polímeros
     Sistema Ótico Não invasor do Backscatter
Estudos de Caso
     Estudo de Caso 1: Tamanho e Peso Moleculars de Medição do Polímero
     Estudo de Caso 2 - Transições de Fase do Polímero da Monitoração
     Estudo de Caso 3: Monitorando mudanças na conformação do polímero
Conclusões
Sistema Nano de Zetasizer

Fundo

As técnicas da dispersão de Luz são amplamente utilizadas para a caracterização das soluções de polímeros e de macromoléculas.

Dispersão de Luz Dinâmica

A dispersão de luz Dinâmica (igualmente saiba como a espectroscopia da correlação do fotão (PCS) e a dispersão de luz quase-elástica (QELS)) mede as flutuações tempo-dependentes na intensidade da luz dispersada que ocorre porque as partículas se estão submetendo ao movimento Brownian. A velocidade deste movimento Brownian é medida e chamada o coeficiente de difusão translational D. Este coeficiente de difusão pode ser convertido no tamanho de partícula usando a equação de Avivar-Einstein.

Polímeros

Os Polímeros são usados em uma grande variedade de aplicações devido a sua diversidade das propriedades. A estrutura molecular, a conformação e a orientação das moléculas do polímero podem extremamente afectar as propriedades macroscópicas do material.

As moléculas Aleatórias do polímero da bobina têm conformações abertas. Isto conduz às baixas diferenças do R.I. com a fase contínua e em conseqüência dispersam a luz muito pequena. Para tais amostras fraca da dispersão, a intensidade de dispersar instrumentos convencionais de utilização observados de DLS (isto é detecção de 90°) não pode ser suficiente para que as medidas bem sucedidas da cola sejam executadas.

Sistema Ótico Não invasor do Backscatter

A escala Nano de Zetasizer dos instrumentos incorpora sistemas óticos traseiros não invasores do scatter (NIBS™). A luz dispersada é detectada em um ângulo de 173°. O regime novo do sistema ótico maximiza a detecção de luz dispersada ao manter a qualidade de sinal. Isto fornece a sensibilidade excepcional que é exigida medindo o tamanho das moléculas Daltons de 1000 menor.

Estudos de Caso

Esta nota de aplicação resume as medidas feitas em vários polímeros na solução usando o Zetasizer S. Nano. O S Nano contem um laser do Ele-Ne 4mW que opera-se em um comprimento de onda de 633nm e de um detector do fotodiodo (APD) da avalancha.

Estudo de Caso 1: Tamanho e Peso Moleculars de Medição do Polímero

Pensou Mesmo que as medidas absolutas do peso molecular estão obtidas usando a dispersão de luz estática, peso molecular podem às vezes ser pressupor das medidas de DLS explorando o relacionamento de Mark-Houwinck que define a viscosidade intrínseca de uma solução do polímero em termos do peso molecular do solute.

Isto despeja ser estreitamente relacionado ao coeficiente de difusão translational (d) das moléculas na seguinte equação:

D = quilômetro- α

Onde k é uma constante para um polímero particular em um solvente, M é o peso molecular do solute e o á é um parâmetro conformational que descreve a densidade da molécula na solução. Um valor medido para um á de 1 sugere que as moléculas do solute sejam hastes rígidas; um valor de 0,5 a 0,67 é obtido com bobinas aleatórias e um valor de 0,3 ocorre para esferas. Conseqüentemente, é possível obter a informação em relação à conformação de uma molécula do solute em um solvente particular das medidas de DLS.

A Tabela 1 resume as medidas da cola de DLS executadas em um número de amostras do poliestireno de vários peso moleculares dissolvidas no tolueno. O diâmetro z-médio é o diâmetro médio baseado na intensidade da luz dispersada.

Diâmetros z-médios da Tabela 1. (nos nanometres) obtidos para as várias amostras conhecidas do poliestireno do peso molecular dissolvidas no tolueno

Peso Molecular do Poliestireno (Daltons)

Diâmetro z-Médio (nanômetro)

980

3,2

9860

7,0

9600

14,2

1214000

29,2

Tomando registros da equação D = o quilômetro, a seguinte expressão são obtidos;

Registre D = Registro k - Registro M do α

Conseqüentemente um gráfico do Registro D contra o Registro M dará um lote cuja a inclinação seja á. O coeficiente de difusão translational, D, é relacionado ao tamanho de partícula com a equação de Avivar-Einstein. Conseqüentemente, um lote do tamanho de partícula do Registro contra o Registro M igualmente permite a determinação do valor do á. Figura 1 mostra tal lote para os dados contidos na tabela 1. A inclinação da linha é 0,31 que indicam que as moléculas do poliestireno adotaram uma conformação esférica no tolueno.

Figura 1. Lote do diâmetro z-médio do registro contra o peso molecular do registro para o poliestireno no tolueno. A inclinação da linha é 0,31 que indicam que as moléculas têm uma conformação esférica são solução.

Estudo de Caso 2 - Transições de Fase do Polímero da Monitoração

Poli (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) é um dos polímeros os mais conhecidos que exibe uma transição de fase reversível, temperatura-dependente. A temperatura em que esta ocorre é sabida como o ponto de nuvem ou a temperatura crítica mais baixa da solução (LCST). PNIPAM é solúvel em temperaturas abaixo do LCST e o polímero tem uma conformação aleatória da bobina. Em temperaturas acima do LCST, as correntes do polímero desmoronam em um glóbulo. Esta transição afiada é atribuída às alterações na ligação do hidrogênio de moléculas de água ao grupo de amido da corrente lateral.

Figura 2 mostra os resultados obtidos de uma varredura da temperatura de uma amostra de PNIPAM preparado na água deionised em umas 0,01% concentrações do w/v. As Medidas foram feitas nos intervalos 0.5°C usando uma variação da temperatura de 10 a 40°C. Uma estadia de atraso de 5 minutos foi usada em cada temperatura para assegurar-se de que a viscosidade da amostra estivesse equilibrada antes que as medidas estiveram tomadas. Amba A taxa média da contagem (no quilo conta o por segundo (kcps)) e o diâmetro z-médio (nanômetro) são traçados em função da temperatura (°C).

Figura 2. A taxa média da contagem (kcps) e o diâmetro z-médio (nanômetro) de PNIPAM traçaram em função da temperatura.

O grande aumento na taxa média da contagem em uma temperatura de 32°C é consistente com os valores previamente publicados de LCST para PNIPAM. Este aumento nos resultados claros dispersados de uma mudança no R.I. das moléculas de PNIPAM como se submetem a uma transição da bobina aleatória ao glóbulo condensado. O R.I. da estrutura condensada do glóbulo é mais alto do que aquele do polímero aleatório da bobina.

Figura 3 mostra as distribuições de tamanho da intensidade obtidas (a) em 10°C e (b) em 40°C. Quando as moléculas de PNIPAM estão em uma configuração aleatória da bobina, a distribuição de tamanho é mais larga comparada a quando o polímero está em um glóbulo condensado. Os valores de deslocamento predeterminado da polidispersidade obtidos nestas duas temperaturas são 0,491 e 0,087 respectivamente. O valor mais baixo de 0,087 confirma a distribuição de tamanho mais estreita considerada em 40°C.

Figura 3. distribuições de tamanho da Intensidade de 0.01%w/v PNIPAM medido (a) em 10°C e (b) em 40°C.

Estudo de Caso 3: Monitorando mudanças na conformação do polímero

A dispersão de luz Dinâmica pode monitora facilmente mudanças dependentes da temperatura na conformação de partículas do polímero. A Figura 4 mostras o efeito na taxa média da contagem e no diâmetro z-médio de uma dispersão da partícula do polímero como a temperatura foi aumentada. As medidas foram feitas nos intervalos 1°C com uma estadia da equilibração de 5 minutos em cada temperatura.

Figura 4. O efeito de aumentar a temperatura na taxa média da contagem e o diâmetro z-médio de uma dispersão da partícula do polímero.

Os aumentos z-médios do diâmetro com temperatura crescente. Normalmente, um aumento no diâmetro z-médio é uma indicação da agregação da partícula. Isto igualmente conduziria a um aumento na taxa média da contagem. Contudo, nos resultados obtidos neste estudo, as taxas médias da contagem diminuem em cima do aquecimento. Conseqüentemente, o aumento no diâmetro médio indica que as partículas do polímero estão inchando com temperatura crescente. Como a conformação destas partículas inchadas se torna mais aberta com temperatura crescente, o R.I. de diminuições das partículas com uma diminuição resultante na taxa média da contagem.

Conclusões

A série Nano de Zetasizer com sistemas óticos de NIBS™ permite o estudo de muito pequeno, dispersando fraca partículas tais como polímeros em baixas concentrações. O software Nano permite a instalação fácil da temperatura contra medidas do tamanho e da intensidade com pleno controlo sobre tempos da equilibração. Monitorando ambos a taxa da contagem e o tamanho de partícula médios em função da temperatura induzem a informação em mudanças na conformação do polímero e ajudam-na a compreender que processos estão ocorrendo.

Sistema Nano de Zetasizer

O sistema Nano de Zetasizer dos Instrumentos de Malvern é o primeiro instrumento comercial para incluir o hardware e o software para medidas dinâmicas, estáticas, e electrophoretic combinadas da dispersão de luz. A vasta gama de propriedades da amostra disponíveis para a medida com o sistema Nano de Zetasizer inclui, tamanho de partícula, peso molecular, e potencial do zeta.

O sistema Nano de Zetasizer foi projectado especificamente cumprir as baixas exigências do volume da concentração e de amostra associadas tipicamente com as aplicações farmacêuticas e biomoleculares, junto com as exigências da concentração alta para aplicações coloidais. Satisfazer esta mistura original de exigências era realizada através da integração de um sistema óptico do backscatter e do projecto de uma câmara nova da pilha. Em consequência destas características, as especificações Nano de Zetasizer para o tamanho da amostra e a concentração excedem aquelas para todo o outro instrumento dinâmico disponível no comércio da dispersão de luz, com uma escala do tamanho de 0.6nm a 6µm, e uma escala de concentração do lysozyme 0.1mg/mL ao W/v. de 40%.

Complementar ao projecto de hardware patenteado, é o software de DTS, fornecendo o controle do instrumento e a análise de dados para o Sistema Nano de Zetasizer. O software de DTS utiliza o auto que analisa algoritmos para segurar que a instalação óptica está aperfeiçoada para cada grupo de circunstâncias experimentais, e inclui de “uma medida original um clique”, analisa, e relata a característica projetada minimizar a curva de aprendizagem nova do usuário.

Source: “Caracterização dos Polímeros Usando Técnicas da Dispersão de Luz”, Nota de Aplicação por Instrumentos de Malvern.

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Instrumentos Ltd de Malvern (REINO UNIDO) ou Instrumentos de Malvern (EUA).

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