3. 动态光散射仪的工作原理
动态光散射技术(dynamic light scattering, DLS)是指通过测量样品散射光强度起伏的变化来得出样品颗粒大小信息的一种技术。之所以称为“动态”是因为样品中的分子不停地做布朗运动,正是这种运动使散射光产生多普勒频移。动态光散射技术的工作原理可以简述为以下几个步骤:首先根据散射光的变化,即多普勒频移测得溶液中分子的扩散系数D,再由D=KT/6πηr可求出分子的流体动力学半径r,(式中K为玻尔兹曼常数,T为绝对温度,η为溶液的粘滞系数),根据已有的分子半径-分子量模型,就可以算出分子量的大小。
光在传播时若碰到颗粒,一部分光会被吸收,一部分会被散射掉。如果分子静止不动,散射光发生弹性散射时,能量频率均不变。但由于分子不停地在做杂乱无章的布朗运动,所以,当产生散射光的分子朝向监测器运动时,相当于把散射的光子往监测器送了一段距离,使光子较分子静止时产生的散射光要早到达监测器,也就是在监测器看来散射光的频率增高了;如果产生散射的分子逆向监测器运动,相当于把散射光子往远离监测器的方向拉了一把,结果使散射光的频率降低。日常生活中,但我们听到救护车由远而近时,声音的频率越来越高,也是同样的道理。实际上我们可以根据声音频率变化的快慢来判断救护车运动的速度。
光散射技术就是根据这种微小的频率变化来测量溶液中分子的扩散速度。由D=KT/6πηr可知,当扩散速度一定时,由于实验时溶剂一定,温度是确定的,所以扩散的快慢只与流体动力学半径有关。蛋白质多方面的性质都直接和它的大小相关。因此,光散射广泛应用与蛋白质及其它大分子的理化性质研究。
蛋白质变复性及折叠的研究
蛋白质变性时往往是以聚合形式或较松散的状态存在,复性后,蛋白质折叠成天然状态,会发生结构的变化,这一变化可以导致流体动力学半径的变化,所以光散射技术可以用来检测这一动态变化的过程。
临界胶束浓度的测定
一定浓度的表面活性剂分子加到溶液中会形成微胶束,但浓度不同会影响胶束的大小以及是否能够形成胶束。如果浓度增加到一定程度,胶束就会形成,胶束的大小和单分子大小会有明显区别,利用光散射可确定胶束形成的临界浓度。
4. 凝胶(渗透)色谱(gel permeation chromatography,GPC)或尺寸排除色谱(size exclusion chromatography,SEC)
利用多孔填料柱将溶液中的高分子按尺寸大小分离的一种色谱技术。其色谱柱分级机理是:分子尺寸较大的高分子渗透进入多孔填料孔洞中的几率较小,即保留时间较短而首先淋洗出来;尺寸较小的高分子则容易进入填料孔洞而且滞留时间较长从而较后淋洗出来。由此得出高分子尺寸大小随保留时间(或保留体积VR)变化的曲线,即分子量分布的色谱图。
5. Zeta potential measurement
Theory and related Concepts
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