多角度激光光散射与凝胶渗透色谱仪.doc

多角度激光光散射与凝胶渗透色谱仪.doc4
多角度激光光散射与凝胶渗透色谱仪
联接与应用技术
MALLS/GPC(SEC)
多角度激光光散射与凝胶渗透色谱仪的联接与应用
WYATT TECHNOLOGY CORPORATION.
一刖吕
近十儿年來，光散射技术(Light scattering)在高分子特征分析领域的应用得到了迅 速的发展。将光散射技术和凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography, GPC)或尺 寸排阻色谱(Size Exclusion Chromatography)分离技术相结介，不但可以测得大分子 的绝对分子量，分子旋转半径与第二维里系数，还可测得分子量分布，分辨分子帚:大 小不同的族群以及分子的形状，分枝率及聚集态等。目前，该技术己成为一种非常有 效的工具，在美国，口木及欧洲己广为使用，国内近年來亦引进了此项技术。
2
二光散射简介
早在I •九世纪初，人们就开始对光散射原理进行研究。riA I •年代激光被发明以來, 光散射的原埋与技术便得以迅速发展，至今已成为检测微小粒子形状，粒於大小，分 子量，界面电位及粒子间效应的匝要工具。随着电脑技术的H新月异，许多过去需花 费数小时共至数11才能完成的实验，如今只需数分钟即可完成，而其准确性及重现性 也大幅度提高了。
光散射现象，如图1所示，当一束光通过一间充满烟雾的房间就会产生散射。利用 在不同角度，不同时间所测得的光散射强度，再借助各种光学理论及软件，硬件设备, 就可以测得微粒的许多特性。
入射光
散射光 图1光散射现彖
在光散射发展的历程中，以下是一些具有代表性的人物：
▲James Clerk Maxwell (1833-1879)
解释了光是一种电磁波，并正确地计算出光的速度。
Lord Rayleigh( 1842-1919)
研究了远小丁•波长的微粒散射现象，发现了散射强度与波长的四次方成反比，并解
释了蓝天被太阳光穿透大气层所产生的散射现象。
Abert Einstein( 1879-1955)
研究了液体的光散射现象。
A Chandrasekhara V. Raman (1888-1970)
印度籍物理大师，提出了 Raman效应，其著作多次发表丁•印度文期刊，虚至第二次 世界大战结束后才逐渐被人所知。
Peter Debye (1884-1966)
延续了 Einstein的理论，描述了分子溶解丁•溶剂中所产生的光散射现象,提出用Debye plot,求得重量平均分子最Mwo
3
三光散射理论
激光照射到样品时，会在各个方向产生散射光，丁•是我们可以在一个角度或多个角 度收集散射光的强度。
4
光散射所透露的信息
在任何方向的光散射强度与分子量和溶液的浓度成疋比：散射光角度的变化与分子 的尺寸大小有关。当分子小J" 10nm时，各个角度的散射强度都相同：当分子介『10 至30nm时，散射强度则由低角度向高角度呈IT线下降的趋势;而当分子大J'" 30nm时, 散射强度则随角度增大呈曲线下降的趋势。
基本理论
由Maxwell, Einstein, Debye及Zimm等人陆续发展起來，有关溶剂中分了駅的 光散射现彖可由下列公式表达：
K*c
1
+ 2A?c
mwp(q)
(1)
式中：
常数 K=47r2(dn/dc)2no2(NAXo4) 是溶剂的折光指数。
C是溶质分子的浓度(g/mol)。
M是阿佛加徳罗常数。
入。是入射光的波长。
DN/DC是溶液折射率与浓度变化的比值，它说明了随溶质浓度变化的溶液折光指数 变化。
R(B)是单个角度的散射光(大于溶剂的散射光数最)除以入射光强度所得的分数即 不同角度光散射强度。
M\v是重均分子最。
是第二维电系数
P(B)是光散射强度的函数 将40)代入式(1)展开得：
—=1 £1」艸如川韵〒…]+2/0
Mur •
在上式中，/?(0)是测得值，K*c、A朋为输入值，均为已知值；而販、仏「为未 知值。
3. Zimm Plot
如图2所示，其中K
将K* C/ Ro对sin2(q⑵+辰作图，可得到著名的Zimm曲线, 为调整横坐标的设定值。
c 二 °
图 2 Zimm Pio
当e - 0时，(2)式简化为
斜率即是A2 k*
+ 2A2C
R(0)
当Cf 0时.(2)式简化为 斜率是r/ 等
当e〜0, c- 0,(2)式简化为
K* 1_
R(0) M
在纵朋标上交点的倒数即为\恤。实验的方法为配制一组不同浓度的溶液，依次在 不同的角皮测量其散射光强度，由计算机程序按照上列的公式