样品

动态光散射(DLS)的测量原理是基于粒子的布朗运动。这就限制了可以使用该方法测量的样品的范围。

动态光散射可以测量胶体,如:

  ——分散在溶剂中的固体粒子、聚合物、蛋白质……

  ——乳液

但是,动态光散射方法不能测量:

  ——干粉(可以在溶剂中均匀分散后进行测量)

溶剂

可供DLS测量的样品在一般情况下应该是分散在液相中的。如果是在一个研究实验室中准备样品,在生产或合成并经过纯化后,在大多数情况下,样品应该已经处于一种分散的形式。如果待测样品是干燥的(粉末),在测量之前比如加入溶剂。最常见的溶剂包括:

  ——去离子水或超纯水;

  ——甲苯;

  ——甲醇;

  ——乙醇;

  ——甘油……

在选择溶剂时,有两个要素应当考虑。首先,溶剂应该让颗粒分散良好。在某些情况下可能需要使用分散剂,如位阻或离子表面活性剂。确保所选的溶剂,与分散剂一起,在DLS测试整个测试过程中,提供足够的胶体稳定性。其次,溶剂应该不改变样品的性质,比如溶剂应该不溶解颗粒。

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如果有多个溶剂能够满足上述两个条件,那么应该选择让样品产生最大折光指数增量的溶剂。样品浓度给定,样品和溶剂的折光指数差值最大,那么所产生的信号最强。如果样品不能浓缩,且信号弱到不足以保证可靠的测量,用户需要更换功率更高的激光。

需要确保所使用的溶剂纯度足够高,且不包含大分子量的杂质,比如灰尘。如果粒子小,散射很弱,去除大分子量杂质是非常必要的,因为这些杂质的信号甚至会屏蔽掉待测粒子的信号。大摩尔质量的成分可以选择合适的滤器通过多重过滤的方法去除。如果可能的话,请选用0.1μm孔径的滤膜。其他的方法还包括蒸馏和离心。在使用之前,瓶子和容器也需要使用高纯度溶剂进行冲洗。

对于悬浮液样品,可能会采取过滤的方法去除那些“不受欢迎”的大分子量成分。但是在这种情况下,有效的待测组分也可能会被滤除,这就意味着样品的整体性质可能会发生改变。选择具有适当孔径的过滤器,确保待测粒子不会被滤掉。需要注意的是,在过滤过程中,由于粒子可能被滤膜吸附,样品的浓度可能会发生改变。排除杂质的另外一种选择是让他们沉积或者“温和”离心。

一个优秀的实验室会提供非常干净的工作环境(最好是洁净室、层流罩或者通风良好的通风橱)。将溶剂、移液管、小瓶和样品密封,来最大程度的降低被灰尘污染的风险。另外,带手套是值得鼓励的,这不仅可以降低样品污染的风险,还能保证安全。至于样品浓度,浓度越低,受大分子量杂质影响会越大。

待测样品的浓度主要取决于具体所采用的DLS技术。浓度过高的样品需使用相同的溶剂进行稀释,过稀的样品则可以通过离心、去除溶剂和随后再分散的方法进行浓缩。

传统的DLS是在标准的2D模式下进行测试的,需要高度稀释的悬浮液,这是为了避免多重散射效应,此外还为了减少颗粒间的相互作用,这都会使DLS测试数据无效。浓度过高,会导致流体动力学半径测量的系统误差。但另一方面,样品过稀,

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可能导致信号过弱。从视觉效果来看,比较理想的悬浮液是透明的或微弱的乳光。比较好的办法是配置几个不同浓度的样品进行测试,来确定最佳浓度。

通常,1-10mg/mL范围之间的浓度是比较适当的样品浓度的起点。流体力学半径对浓度作图,最佳的浓度显示在“高位”流体力学半径所对应的区间。浓度过高,流体力学半径会被“低估”。换而言之,如果不同浓度的样品提供不同的测试结果,则意味着样品需要进一步稀释。但是,浓度过低的样品得到的结果性噪比会非常差。

在三维测量模式下,由于多重散射信号被抑制,高浓度(透明、几乎乳白色)的样品可以被直接测量。但是需要指出的是,尽管三维光散射技术提高了测试浓度的上限,但是却牺牲了一定的“信噪比”,这意味着,尽管没有系统误差,但是非常浓的样品实际上可能也无法测定,在这种情况下,调制三维互相关技术是更好的选择,因为它极大的提高了性噪比,大大拓展了测试浓度范围。

④ 均匀

待测样品应该足够分散,且悬浮液是均匀的。我们可以通过超声波(最高功率15分钟)来处理,对于比较脆弱的样品,可以通过吸管多次重悬。

如果粒子带电,大范围的静电双电层作用会开始起到作用。加入少量的盐或者通过盐溶液进行稀释可以抑制这种相互作用,同时还能保持样品的稳定性。通常能有效屏蔽电荷作用的盐浓度在0.1mM10mM之间。盐的选择,一般取决于所使用的溶剂:

  ——水溶液:溴化钾、溴化钠、氯化钠、硝酸钾;

  ——非卤化溶剂(THFDMFDMA):溴化锂;

  ——卤化溶剂(氯仿、二氯甲烷、邻二氯苯):NBut4Br……

⑤ 样品瓶

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请确保测量用的样品瓶是清洁无尘的。可以使用丙酮浴样品瓶清洗器来清洗它们。为了快速干燥,可以采用真空环境下60℃的烘箱烘烤或者氮气吹扫方法。在这种情况下,样品瓶需保持倒置以避免任何污染。

将悬浮液倒入瓶中的时候,需确保没有气泡产生。如果有气泡产生,可以采用超声处理或者用吸管重悬。为了避免气泡产生,一个比较好的办法是“杯壁下流”。

样品瓶中的样品量也需要“优化”。样品太少,激光不会穿过样品,而样品太多,样品瓶中的一部分样品将露在适配液液面(适配液为甲苯或十氢萘)之上,而样品的温控是通过适配液“油浴”提供的,这样将会导致温度梯度,形成的溶剂对流运动会影响颗粒的布朗运动。

根据不同的仪器配置,可以使用不同规格的样品瓶。通常光散射仪都使用圆柱形的样品瓶,而三维光散射仪在某些特殊情况下会使用方形样品瓶。

不要再样品瓶上做标记(即样品瓶上不能有墨水),墨水能在适配液中溶解,污染循环水浴,这将改变适配液的光学性质并影响测量。

当使用NanoLab 3D三维粒度仪进行测量时,有三种规格的方形样品瓶可选(3×3毫米,5×5毫米以及10×10毫米)。此外,在某些不能使用玻璃样品瓶的情况下,可以使用一次性塑料样品瓶(10×10mm)作为替代。由于NanoLab采用半导体控温,所以,样品瓶上可以做标记,但仅限于光不通过的瓶壁。

在把样品瓶插入仪器测试之前,需要用纸再一次清洁样品瓶,请使用实验室玻璃器皿清洁专用的低纤维、无磨砂纸张。不要再试管表面留下指纹,并确保试管外壁干燥。

⑥ 平衡

将样品瓶插入样品瓶支架后,需等待10-15分钟,使样品的温度和热浴相同。

现在,样品准备好了。接下来,选择测试参数,测量并进行数据分析。

2016年08月02日

实验指南——DLS样品制备

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