單糖分子的粒徑及其分布測(cè)試背景

動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的粒徑有效檢測(cè)下限涉及到儀器的光路設(shè)計(jì)、激光器功率、檢測(cè)器類型以及相關(guān)器的計(jì)算能力，一直以來(lái)受到用戶的關(guān)注。

    在以往的報(bào)道中，動(dòng)態(tài)光散射的檢測(cè)下限經(jīng)常通過(guò)一個(gè)小分子樣品驗(yàn)證，其中蔗糖（分子量342.3 Da）和維生素B1（分子量337.29 Da）是常用的兩種小分子物質(zhì)，其分子量都在300 – 400 Da之間。由于其分子量極低，散射極弱，并且相關(guān)曲線衰減速度極快，對(duì)于任何的動(dòng)態(tài)光散射設(shè)備而言都是極大的挑戰(zhàn)。公開(kāi)資料中尚無(wú)更低分子量的物質(zhì)的動(dòng)態(tài)光散射測(cè)試的結(jié)果。

    在這個(gè)應(yīng)用報(bào)告中，使用丹東百特公司出品的BeNano 180系列納米粒度儀檢測(cè)了葡萄糖樣品，其分子尺寸相對(duì)于蔗糖和VB1更小，分子量?jī)H為180.16 Da，其散射能力相對(duì)于蔗糖樣品更低，測(cè)試難度更大。

單糖分子的粒徑及其分布測(cè)試設(shè)備

    采用丹東百特公司的BeNano 180 納米粒度儀。BeNano采用納秒級(jí)別高速相關(guān)器，為小顆粒的快速衰減相關(guān)曲線提供充 足的短期相關(guān)計(jì)算范圍。

圖| BeNano 180 納米粒度分析儀

單糖分子的粒徑及其分布測(cè)試樣品制備和測(cè)試條件

  我們配置了不同濃度的葡萄糖和蔗糖溶液，具體樣品信息如下表：

    通過(guò)BeNano內(nèi)置的溫度控制系統(tǒng)將測(cè)試溫度控制為25℃±0.1℃。每一個(gè)樣品進(jìn)行至少三次測(cè)試，以檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性和得到結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

單糖分子的粒徑及其分布測(cè)試粘度校正

    由于蔗糖和葡萄糖水溶液的粘度隨濃度改變，所以我們?cè)跍y(cè)試之前校正了每個(gè)濃度下的粘度信息。我們將實(shí)測(cè)的粘度列于表1中。

單糖分子的粒徑及其分布測(cè)試結(jié)果和討論

    通過(guò)樣品的原始散射光信號(hào)，我們得到這些樣品的相關(guān)曲線和粒徑分布結(jié)果：

    通過(guò)相關(guān)曲線，可以看出小顆粒的相關(guān)曲線衰減速度極快，這是由于小顆粒樣品較快的布朗運(yùn)動(dòng)速度決定的。相關(guān)曲線的信噪比良好，具有較高的重復(fù)性。這說(shuō)明了BeNano光路系統(tǒng)極高的靈敏度和穩(wěn)定性。相關(guān)器強(qiáng)大的極短相關(guān)時(shí)間計(jì)算能力保障了小顆粒的相關(guān)曲線上足夠的信號(hào)點(diǎn)數(shù)量。

    將多次檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果列于下表中：

    通過(guò)圖1、圖3多次測(cè)試的相關(guān)曲線可以看出，蔗糖和葡萄糖溶液的相關(guān)曲線具有重復(fù)性極好的兩次衰減，這說(shuō)明在這些溶液中至少穩(wěn)定存在2種粒徑尺寸相差極大的組分。以往文獻(xiàn)的報(bào)道中，蔗糖溶液中存在大的蔗糖分子團(tuán)聚物，這與圖4中粒徑分布相符合。

圖5. 歸一化的10%的蔗糖和葡萄糖的相關(guān)曲線

    將10%的蔗糖樣品和10%的葡萄糖樣品的相關(guān)曲線做歸一化處理，展現(xiàn)在圖5中。可以明顯的看出，葡萄糖樣品的相關(guān)曲線的第一次衰減具有更快的衰減速度，這是因?yàn)槠咸烟欠肿痈?，具有更快的擴(kuò)散速度。

圖6. 10%的葡萄糖和蔗糖光強(qiáng)分布曲線疊加圖

圖7. 10%的葡萄糖和蔗糖體積分布曲線疊加圖

    圖6中將10%濃度下的蔗糖粒徑分布和葡萄糖粒徑分布放置于一張粒徑分布圖中進(jìn)行比較。可以看到對(duì)于這兩個(gè)樣品均存在一個(gè)1nm附近的粒徑峰，這個(gè)小分子峰對(duì)應(yīng)于溶解較好的單分子的糖分子的貢獻(xiàn)。在100nm左右存在團(tuán)聚物峰，這應(yīng)該是對(duì)應(yīng)于糖分子的團(tuán)聚物貢獻(xiàn)。

    通過(guò)圖7體積分布曲線可以看出，溶液中大部分樣品為極小的單分子糖分子，團(tuán)聚物的含量極低。

圖8. 10%的葡萄糖和蔗糖分布曲線疊加圖

    放大1nm左右的小分子峰，將坐標(biāo)改為線性坐標(biāo)，可以更詳細(xì)的洞察小分子粒徑的差別。圖8中，可以看到相對(duì)于蔗糖溶液的小分子峰，葡萄糖溶液的小分子峰粒徑分布范圍更低，這是由于葡萄糖分子相對(duì)更小造成的。

單糖分子的粒徑及其分布測(cè)試結(jié)論

    通過(guò)檢測(cè)結(jié)果，我們可以看到BeNano系統(tǒng)強(qiáng)大的檢測(cè)能力。其優(yōu)異的光路設(shè)計(jì)，即使對(duì)于分子量180 Da這類散射光極弱的極小顆粒也能提供可靠且具有極高重復(fù)性的檢測(cè)結(jié)果，為動(dòng)態(tài)光散射在極小顆粒的應(yīng)用提供了有力的檢測(cè)工具。