動態(tài)光散射技術(shù)入門（一）
動態(tài)光散射技術(shù)入門
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作者：馬爾文儀器公司納米顆粒及分子鑒定產(chǎn)品營銷經(jīng)理Stephen Ball
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動態(tài)光散射（DLS）是一項用于蛋白質(zhì)、膠體和分散體的極具價值的粒度測量技術(shù)，其應(yīng)用范圍可輕松擴(kuò)展到1nm以下。本文中，馬爾文儀器公司產(chǎn)品營銷經(jīng)理Stephen Ball將向您介紹DLS的工作原理，并就購買光散射系統(tǒng)時的關(guān)注事項為您并提供一些專業(yè)建議。
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通過觀察散射光，可以測定粒子分散體系或分子溶液的特性，如粒度、分子量和zeta電位。光散射系統(tǒng)充分挖掘利用這些特性之間關(guān)聯(lián)，并在近幾十年間經(jīng)過不斷完善，目前已經(jīng)能為常規(guī)實驗室應(yīng)用提供高度自動化的檢測。利用光散射儀器的檢測快速而高效，可用來表征分散體系、膠體和蛋白質(zhì)。
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理論上，光散射儀器中使用的各種技術(shù)看起來可能很相似，但它們的功能和檢測結(jié)果卻在實際應(yīng)用中千差萬別，從而對儀器的壽命期價值產(chǎn)生顯著影響。光散射系統(tǒng)中的組件和設(shè)計的差異也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量及儀器適用范圍產(chǎn)生很大的差異。例如，某些光散射系統(tǒng)可通過測量蛋白質(zhì)電泳遷移率對蛋白質(zhì)電荷以及粒度進(jìn)行測定，從而成為生物制藥應(yīng)用中高效的選擇方案。
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撰寫本文的目的在于為考慮采用動態(tài)光散射DLS技術(shù)的讀者提供一個入門指南。本文將考察DLS的主要用途、應(yīng)用領(lǐng)域，尤其會側(cè)重系統(tǒng)設(shè)計中對于特定性能的重要性，從而為那些正為自身需求而關(guān)注DLS技術(shù)的用戶提供背景信息和理論支持。
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了解基本知識
當(dāng)我們要開始對一種新的分析技術(shù)進(jìn)行評估時，第一個重要步驟就是要了解它的基本工作原理。DLS的優(yōu)勢之一是它操作非常簡單，而這直接源于它的測量原理。
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由于熱能，溶劑分子不斷運動，和懸浮的顆粒物產(chǎn)生碰撞，使得分散體或溶液中的小顆粒做無規(guī)則的布朗運動?？梢酝ㄟ^觀測散射光隨時間的波動性得到顆粒布朗運動的速度，這種技術(shù)被稱為光子相關(guān)光譜法（PCS）或準(zhǔn)彈性光散射法（QELS），但現(xiàn)在通常稱作動態(tài)光散射法（DLS）。
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斯托克斯-愛因斯坦方程定義了顆粒布朗運動速度與顆粒大小之間的關(guān)系：
其中，D =擴(kuò)散速度，k =波爾茲曼常數(shù)，T =絕對溫度，h =粘度，DH =流體力學(xué)直徑
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上述關(guān)系式清楚地表示了在樣品溫度和連續(xù)相粘度已知的情況下，如何根據(jù)擴(kuò)散速度測定粒徑。盡管必須是控制檢測溫度，但很多商用儀器還是會對溫度進(jìn)行測量；而對于許多分散劑，尤其是水而言，粘度是已知的。在很多情況下，DLS實驗所需的補(bǔ)充信息也僅僅是粘度測量。
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DLS的優(yōu)勢
DLS固有的操作簡便性意味著操作者無需具備很強(qiáng)的專業(yè)知識就能得到詳盡而有用的數(shù)據(jù)，這個優(yōu)點在最新的高度自動化系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為明顯——一般分析只需要幾秒鐘的時間，并且分散劑的選擇余地比較大，不管是水性還是非水性的，只要它們呈透明狀并且不太粘稠，就都可以使用。這種測試方法所需的樣品量也很小，最少時只需要幾微升即可，這一點對于涉及寶貴的樣品的早期研究而言是極具吸引力的。
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實際上，DLS法在測量0.1 nm ~ 10 μm范圍的粒徑時十分出色。它在測量小顆粒方面的能力尤為突出，對于絕大多數(shù)待測體系提供2nm及以上的準(zhǔn)確、可重復(fù)的數(shù)據(jù)。從理論上講，檢測低密度分子的粒徑僅僅受到儀器靈敏度的限制，但對致密顆粒而言，沉降是可能導(dǎo)致分析不準(zhǔn)確的一個潛在問題。例如，對于密度為10g/ml的顆粒，最大檢測粒徑通常會限制在大約100nm以內(nèi)。
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無論是稀釋樣品還是混濁樣品都可以用DLS法來進(jìn)行測量，可分析的濃度范圍最低可至0.1ppm，最高可達(dá)40％w/v。不過，由于樣品濃度會大大影響其外觀尺寸，因此當(dāng)粒子含量較高時對樣品的制備需要加倍小心。
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上述適用的粒徑和濃度范圍以及該測量技術(shù)的高重現(xiàn)性（粒徑20nm時可達(dá)到+/-0.1nm），使得DLS這種測量方法具有廣泛的適用性。比如，它特別適合檢測平均粒徑的細(xì)微變化，這種變化可能會反映出膠體樣品的穩(wěn)定性；它也可以測得少量聚集體的出現(xiàn)。上述這些現(xiàn)象很有可能是某種樣本解體的前兆，當(dāng)用于藥物的蛋白質(zhì)研究時，這類情況的出現(xiàn)有可能對藥物性能產(chǎn)生不利甚至有害的影響。
