动态光散射(DLS):为什么高浓度测量困难?gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

动态光散射gydF4y2Ba(DLS)是一种计算由纳米颗粒、胶体、聚合物和蛋白质组成的普通纳米材料流体力学尺寸的有效测量方法。欧洲杯足球竞彩欧洲杯猜球平台虽然这种方法是非常通用的，但当使用光散射来表征高浓度溶液时，有许多关键因素是不可忽视的。gydF4y2Ba

虽然在不稀释的情况下对高体积分数样品进行测量是可行的，但是关于流体力学尺寸的意义还会出现其他问题。要理解为什么会出现这种情况，需要讨论集中溶液面临的两种影响:多重散射和相互扩散。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

相当于水动力大小gydF4y2Ba

从DLS获得的尺寸是流体力学尺寸，它来自于粒子扩散的测量。所有自由扩散的粒子都在持续经历布朗运动，布朗欧洲杯猜球平台运动与热能成正比，热能表示为波尔兹曼常数与温度(k)的乘积gydF4y2Ba_bgydF4y2Ba一个单独的粒子将经历与它的大小成反比的布朗扩散;因此，扩散系数DgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba，可计算出其流体动力直径dgydF4y2Ba_HgydF4y2Ba，从斯托克斯-爱因斯坦方程可以看出:gydF4y2Ba

DgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba= kgydF4y2Ba_bgydF4y2BaT / 3πηdgydF4y2Ba_HgydF4y2Ba

dgydF4y2Ba_HgydF4y2Ba如果还确定了温度T和粘度η，就可以得到。该单粒子扩散系数是自扩散的结果;因此，在无限稀释的极限下，这个计算的尺寸完全等于它的水动力尺寸。在最简单的例子中，从DLS自相关函数(ACF)中提取单个衰减率Г。Г是特征松弛时间τ的倒数gydF4y2Ba_tgydF4y2Ba,比如:gydF4y2Ba

ggydF4y2Ba^{（1)gydF4y2Ba}（τ）= exp（-гτ）gydF4y2Ba

图1.0。gydF4y2Ba模拟了Г = 7000, 4000和1000 s时的ACFgydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}（对应于24,41和165nm直径的球形颗粒）。欧洲杯猜球平台г和流体动力学尺寸之间的关系将在以下部分进行解决。图片来源:布鲁克海文仪器公司gydF4y2Ba

图1.1。gydF4y2Ba给定两个球形粒子，较大的粒子扩散得更慢。欧洲杯猜球平台同样值得注意的是，柔性聚合物通常具有与扩散和聚合物链内部运动相对应的多种弛豫模式。图片来源:布鲁克海文仪器公司gydF4y2Ba

最快的衰减与最小的有效粒子尺寸有关，在稀的情况下，这与单个粒子的扩散系数有关。扩散系数将由上述图的斜率产生。然而，在单个q处测量是很常见的，对于固定的角度也是如此gydF4y2BaDLSgydF4y2Ba测量。对于大多数紧凑的球状颗粒，可以采用单个散射角来实现流体欧洲杯猜球平台动力学尺寸。gydF4y2Ba

粒子的扩散水平直接与计算的尺寸有关，其中快速衰减率与较小的粒子有关，较低的衰减率与较大的粒子有关。欧洲杯猜球平台对于给定的q值，Г与平动扩散系数D有关gydF4y2Ba_TgydF4y2Ba，通过以下表达式：gydF4y2Ba

DgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba= Г / qgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba

采用这种计算方法，所有衰变都被认为完全源于扩散，所有扩散系数都被认为是源于单个粒子的热运动。但通常情况并非如此，下面列出了一些关键的例外情况。当测量到与其他粒子的相互作用时，这就变得越来越复杂。欧洲杯猜球平台gydF4y2Ba

自我扩散vs.相互扩散gydF4y2Ba

无限稀释的想法是一种抽象;在理论极限下无法测量实际样本。通过生产浓缩溶液或悬浮液的连续稀释液，逐渐稀释颗粒上的相互作用。欧洲杯猜球平台通过减少这些颗粒间相互作用，减小互扩散的影响，因此互相扩散系数方法作为浓度投射为浓度的自扩散的值。在极高的浓度下，测量的扩散系数不会源于自扩散;这样，尽管可以测量，但计算的大小不是实际粒径。这种尺寸看起来似乎不变。遵循人工更少（或更大）的尺寸，遵循这种互动。gydF4y2Ba

多次散射gydF4y2Ba

如果样品浓度足够大，一个单独的激光光子会在到达探测器之前相继散射许多粒子。欧洲杯猜球平台路径长度越大，发生的二次散射事件越多，发现的光与初始信号的相关性越小。与稀溶液环境相比，这种相关性的快速丧失不是粒子运动的结果，因此与粒子大小无关。这可以从图1.2中看到。gydF4y2Ba

图1.2。gydF4y2Ba随着路径长度的增加，多次散射更加明显。图片来源:布鲁克海文仪器公司gydF4y2Ba

因此，在多次散射的情况下，信号似乎衰减得更快。因此，这个更大的衰变速率似乎是快速扩散。实际上，这是一种非扩散衰变;因此，不仅计算出来的尺寸不是一个尺寸，它的扩散系数也不是一个实际的扩散系数。自dgydF4y2Ba_HgydF4y2Ba∝kgydF4y2Ba_bgydF4y2BaT / DgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba．此外，这种倾斜的范围将受到浓度的很大影响，因此明显的尺寸将系统地减少，因为信号是由多次散射控制的。gydF4y2Ba

粒子与粒子之间的相互作用gydF4y2Ba

减少多重散射的一个途径是减少有效路径长度，从而减少光束路径中的样本水平。然而，通过使用较短的路径长度来消除多重散射解决了一个问题，但不能解决另一个问题。尽管在极高浓度下进行测量是可行的，但这并不能减少粒子-粒子相互作用的影响。gydF4y2Ba

相关性的衰减或缺乏，并不是人为的快。然而，粒子之间的直接相互作用仍然阻止了对一个真正的粒子属性的测量:粒子大小欧洲杯猜球平台。有许多种重要的粒子间相互作用:吸引、聚集、排斥，或任何其他可以产生耦合运动的力。此外，尽管能够获得有效的扩散系数，但不能测量真实的尺寸。gydF4y2Ba

图1.3。gydF4y2Ba一个重要和常见的相互作用是粒子表面的电荷，如正电荷胶体粒子(上图)所示，其中同性电荷导致粒子之间的斥力。欧洲杯猜球平台图片来源:布鲁克海文仪器公司gydF4y2Ba

在高浓度时，不能忽视粒子之间相互作用的可能性;欧洲杯猜球平台如果势是吸引的或排斥的，它仍然会导致相互扩散的形成，因为许多粒子的运动不能解耦。欧洲杯猜球平台扩散系数与浓度c的基本关系可表示为DgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba(c) = DgydF4y2Ba_ogydF4y2Ba(1+kc)，其中k为浓度系数，与相互作用的幂有关。c可能会出现更大的订单条款，但为了获得DgydF4y2Ba_ogydF4y2Ba，真实的自扩散系数和真实的尺寸，由c中的线性区域外推。gydF4y2Ba

真实的尺寸gydF4y2Ba

什么是足够稀释?在稀释限度内工作。gydF4y2Ba

连续稀释是确定样品是否被充分稀释以建立合理的DLS测量的有效方法。当接近稀释极限时，表观粒径满足一个极限，或不变的流体力学尺寸。如后续柔性聚合物所示:聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。gydF4y2Ba

图2.0。gydF4y2Ba比较的两种柔性聚合物是NaPSS和PVP。由于永久负电荷的存在，NaPSS具有很高的线性电荷密度。相反，PVP是不带电的。两个样本都是类似的mgydF4y2Ba_wgydF4y2Ba和链长。图片来源:布鲁克海文仪器公司gydF4y2Ba

图2.1。gydF4y2Ba即使在高稀释时，在尺寸分布中也观察到第二种模式，流体力学尺寸的量级为10 nm。图片来源:布鲁克海文仪器公司gydF4y2Ba

由于其电荷密度大，水湿性具有非常强烈的颗粒颗粒相互作用，源于侧边侧面的静电排斥。图表扩散系数作为两种聚合物浓度的函数提供以下图：gydF4y2Ba

图2.2。gydF4y2Ba稀释NaPSS和PVP的起始浓度为50 mg/mL，直到测量到的扩散系数开始接近恒定值。快速模式，DgydF4y2Ba_TgydF4y2Ba> 1×10gydF4y2Ba^{－7gydF4y2Ba}厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/秒，对应于单个聚合物链的大小。图片来源:布鲁克海文仪器公司gydF4y2Ba

为每个记录的最大浓度约为50mg / ml。每个解决方案完全是光学透明的。然而，每个表现出多种散射和强烈的颗粒颗粒相互作用的迹象。从最大浓度开始，两种聚合物解决方案都显示双峰尺寸分布。与更大的扩散系数相关的模式缓慢地朝向限制值移动，因为浓度减小。与较低扩散系数有关的模式在50mg / mL和约15mg / ml约约15mg / ml之间脱落。这种影响进一步不同，对于缺点，可预测的是，鉴于增加的相互作用电位，其中高负线性电荷密度导致强烈的排斥相互作用改善和解间相互作用，特别是与PVP相比，这是类似分子量的不带电的线性聚合物．gydF4y2Ba

快速模式到零浓度的外推为PVP提供了接近10 nm的流体力学直径，为NaPSS提供了10-13 nm的流体力学直径，这些值可能来自于它们各自的分子量。在最大浓度下，每个聚合物开始于其关键重叠浓度C*以上，在溶液中，超过这个体积分数的聚合物链不再从空间上彼此移开。gydF4y2Ba

这个至关重要的浓度取决于分子量、链长和聚合物链的旋转半径。只有当半稀区域的小端接近时，确定的水动力尺寸才真正与链的尺寸有关。gydF4y2Ba

概括gydF4y2Ba

两个关键因素影响在大浓度下测量粒径的能力:多重散射和粒子间相互作用。在稀溶液或悬浮液中进行的测量可以用来直接一致地计算粒径。gydF4y2Ba

即使在没有多次散射的情况下，在半稀释区域所进行的测量也不会自动揭示粒子的大小，因此，要理解这种结果，需要非常小心。同时也证明了连续稀释法可用于检测样品的适当稀释区域。gydF4y2Ba

这些信息来源于布鲁克海文仪器公司提供的资料。欧洲杯足球竞彩gydF4y2Ba

有关此来源的更多信息，请访问gydF4y2Ba布鲁克海文国家实验室仪器公司。gydF4y2Ba