主题:【分享】聊一聊激光散射

浏览 |回复7 电梯直达
abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
由于场流分离仪FFF可以分析的样品种类繁多,既有溶解型的高分子材料,又有分散型的纳米-微米材料,因此,很难找到合适的标准物质来做标准曲线,特别是纳米-微米材料的标样,目前基本都是进口的,价格昂贵,限制了其使用,就不如采购动、静态激光散射检测器来的划算了。因此,激光散射仪器,几乎成了FFF的标准配置了。实际使用中,还是动态激光散射粒度仪/粒度检测器DLS应用更加广泛一些,而且,多数进口品牌的DLS仪器都可以估算分子量的,也是有参考意义的数据,因此更合算了。
关于激光散射检测器MALS/DLS的原理,此处不再赘述,感兴趣的朋友可以参看我们相关的帖子,以及动、静态激光散射的相关资料、教材课本等。我们主要讨论的是,MALS/DLS在FFF上的应用,特别是与FFF仪器的在线直接联用的配置问题。
为了是更广大的用户能够买得起、用得起FFF仪器,德国postnova公司不仅仅在其软件NovaFFF上下了很大功夫,使该软件在不带静态多角激光散射检测器MALS的情况下,就具有dn/dc值的输入与输出功能,从而方便了那些已经有了HPLC/GPC上的RI检测器的用户,使其无需再配置购买专用的、带dn/dc值输入输出功能及软件的RI检测器了,从而可以方便准确地测试和计算绝对分子量了。需要指出的是,虽然绝大多数HPLC仪器上的RI检测器使用的是红外波长的光源,在dn/dc值的测试的时候,是会产生一些误差的——MALS均使用可见光区的波长的光源,但是,针对不同的应用,这一误差也是不同的,大部分情况下,误差是可以接受的、可以容忍的,不是很大,呵呵。
对于动态光散射DLS,postnova公司则专门开发了一款设备:PN9020型多功能标准化接口扩展板,用于将马尔文公司、美国布鲁克海文公司(brookheaven)的台式机的、在线的动态激光散射粒度仪/粒度检测器DLS,接入到我们postnova的各型场流仪当中,从而实现台式机的在线直接联用。其电路部分的信号传输路径是:从(手动或自动)进样器传输出来一路电信号给PN9020接口板,再通过这个接口板传输给Malvern的各型DLS台式机,或者是传输给布鲁克海文的在线DLS检测器,从而给其一个启动信号,使其纵坐标开始计时(保留时间)。目前,Malvern的多数激光粒度仪DLS都有了流动模式的软件了,因此使用较为方便;而brookheaven的在线DLS检测器,就更方便了,本身就有软件的,只是需要另开一个软件窗口。PN9020型接口板,极大地拓展了场流仪的应用客户群,使得许多已经有了台式DLS的客户,都可以再采购postnova的FFF仪器,而不必再另购一台在线的DLS了。不仅如此,在FFF上使用知名大厂家的DLS仪器,也保证了分析效果:由于我们主要的竞争对手,实际上是代理德国superon公司的AF4,因此才把他们自己的静态激光散射检测器接入到AF4中,并且采用了在90度角加一个动态发生器之类的机器就算是DLS的配置方案,表面上看似高大上,其实这个90度另加的动态DLS,肯定是远远赶不上Malvern和Brookheaven公司的专门的动态粒度仪/粒度检测器DLS的,这俩厂家的DLS,早就采用了先进的光纤技术了,而光纤技术在动态激光散射领域的应用效果,也即:灵敏度、稳定性,要远远好于竞争对手使用的光电二极管式取光。此外,专用的DLS,也具有更加强大的测试功能、计算功能。最后,Malvern和Brookheaven的DLS,是一台独立的仪器,跟静态光散射MALS无关的,既可以与MALS一起使用,也可以单独使用;反观竞争对手那边,在90度角上加动态,不仅仅性能大打折扣,而且使用也不方便、不灵活,静态MALS不开机,动态DLS使不了啊,呵呵。
我们的主要竞争对手,总是“忽悠”客户采购他们的多角激光散射检测器外加90度角的动态,这样的配置,实际上对于许多搞纳米材料表征的用户来说,就是浪费钱了,因为基本用不上静态光散射MALS,但是又不得不买,因为没有静态MALS的主机,90度加动态的也就不可能有了。原本花较少钱就能解决的分析功能,不得不花很多钱来解决。这背后的根本原因,就是竞争对手他们没有类似我们的PN9020型接口板的设备、无法接入别的厂家的或者是他们自己的DLS台式机!所以,归纳总结一下,竞争对手这种配置,不仅仅使得已经有了台式DLS仪器的用户无法发挥已有设备的用途以节省采购费用,还使得那些无需测试分析绝对分子量的用户也不得不购买静态光散射MALS !也就是说,甭管你测不测绝对分子量,只要你测纳米尺寸,你就得买在纳米尺寸测试方面基本用不上的静态光散射MALS,否则动态DLS也使不了。这等于是绑架了用户啊!
为您推荐
abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
我上传了PN9020的英文资料,参看附件。
另外,为了便于那些已经有了其它厂家的MALS的用户,将其MALS与我们的FFF仪器联用并准确计算绝对分子量,我们postnova提供了比较有特色的示差折光检测器:PN3150型,其突出特点是:光源是采用了连续波长的可见光源,波长范围覆盖了整个可见光区,以便于与不同厂家的MALS配合使用,因为不同厂家的MALS有着不同的光源波长。这样,不论是跟哪个厂家的MALS联用,我们的场流仪+RI检测器都可以为MALS提供准确的dn/dc值测试。如:当使用竞争对手W的18角度MALS时,可以不买他们的示差折光仪,而是用我们的RI检测器以及配套的NovaFFF软件,就可以准确测定待测样品的dn/dc值,然后手动输入到其18角光散射检测器的软件当中去,即可准确计算绝对分子量了。布鲁克海文的8角度MALS、马尔文的7度+90度LALS也都是如法炮制即可。
相反,如果换做是竞争对手的AF4,那么就必须用他们的18角MALS和示差折光仪了,而无法使用其它HPLC厂家的RI检测器,因为这些厂家的RI,其软件上没有dn/dc值输入输出,而且竞争对手的18角光散射的软件,也不兼容这些厂家的RI检测器。
总之,我们postnova这边,不论是对静态MALS,还是对动态DLS,都充分考虑了使用最广大的用户的现实情况与需求:对于静态,如果你已经有了HPLC厂家的RI,那么只需要跟我们的FFF的软件相连接,就可以将示差折光指数增量N值输入和读取到软件中,再结合浓度信息,计算出dn/dc值;如果你没有RI,只有别的厂家的MALS,那么也可以买我们的FFF+RI,RI仪器和软件可以很方便地测试适用于任何波长光源的MALS的dn/dc值。而对于动态DLS,马尔文的几乎所有型号的台式机,均可通过PN9020接口板,方便地接入到我们的FFF系统中,以实现在线直接联用。布鲁克海文的在线DLS也需要PN9020型接口板实现在线直接联用的,广州中山大学的仪器上就是这样的配置。
附件:
abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
近日,我又跟我们工程师以及外商工程深入交流了一下,才知道:原来竞争对手的多角激光散射检测器MALS,从里到外,都是模拟信号的,即使表面上看起来用网线输出信号到电脑软件,其实也仍然是模拟信号!另外,他们的MALS,如果没有配置自己产的dn/dc值机、即所谓的“示差折光仪”的话,是无法测试和计算dn/dc值的,虽然其软件可以接入并读取其它HPLC厂家的示差折光检测器RI的信号,但是也只是用这些信号来做色谱图,并不是用RI提供的N值增量来计算dn/dc值!这就等于是,如果客户只买了多角光散射仪MALS,仍然无法测试和计算绝对分子量,只是买了多半个仪器。此时,只能查文献来寻找dn/dc值,然后手动输入到软件中,来计算绝对分子量。但是,问题是许多用户的样品,无法查到在测试温度下、在所用溶剂-流动相中的dn/dc值啊!特别是一些化工中间体、天然产物的大分子材料,根本无处去找dn/dc值。
abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
其实,竞争对手的MALS,使用的已经是上个世纪80年代的过时的技术了,30、40年了也没什么根本性的改进;而最近这二、三十年,恰恰是电子技术飞速发展的时代,数字化早已是广泛使用的技术了。而postnova推出的全数字化的21角度激光散射检测器,恰逢其时。

此外,对手的MALS,没有采用三维立体的光路-液路组合,造成了激光光源的方向,与样品在样品池内的流动方向一致,从而对各个角度的散射取光产生了干扰。再加上不能从其它厂家的RI检测器那里计算dn/dc值,都说明:他们的MALS,已经落后于时代了。

归纳总结一下,对方的三个问题:
1  模拟信号,没有采用数字化技术,信号容易衰减;
2  二维的光路-液路构造,液路流动容易干扰透射光,从而干扰散射取光;
3  MALS的软件 无法从其它厂家的普通RI检测器信号来计算dn/dc值;

而这三点,恰恰都是我们的优势。

abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
另外,还有一个问题,就是关于Zimmer图和Debye图的事儿,竞争对手常常以做Zimmer图自诩,以证明自己多么经典。其实,Zimmer图不是很实用,反倒是很麻烦,因为MALS仪器只具有角度外推,Zimmer图还需要浓度外推,其具体步骤如下:对同一样品配置几个不同浓度的溶液,然后再分别测试其激光散射信号,再做Zimmer图,最后外推到X轴的截距,以计算分子量。这一过程,实际操作起来是很麻烦的,因为不少样品是很难配制成几个不同浓度的样品溶液的,例如:聚电解质类样品、多糖、淀粉等等,都是分子密度很小、特性粘度很大、分子的流体力学体积很大的样品,很粘,所以很难配制成5、6个不同浓度的溶液。实践中,也很少有用户真的去做Zimmer图,反倒是Debye图更实用:其实就是单点法,只配制一个浓度的样品溶液,只用角度外推即可,不过这个浓度的样品溶液,其浓度是比较低的,也就是所谓“近似为零”。我们的MALS仪器,也是可以做Zimmer图和Debye图的,这不是什么新鲜的技术,俏皮话儿说:没手的真干不了啊,呵呵。
abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
我们发现,有不少客户朋友听信了竞争对手WC的话,在场流仪配置选型中,无差别地选择静态多角激光散射MALS和动态激光散射DLS,也就是说,不管自己的样品是什么类型的——溶解型的还是是分散型的,都选择这两种激光散射检测器,而这样的配置,其实是不合适的,甚至是与客户自己的实际的分析需求不相符的,例如:有的客户明明是想测试、了解溶解型样品的阿尔法值,即:马克.霍温克方程中的幂级数,这个数据跟样品的构型信息有关,阿尔法值a值,通常为:0.6、0.7和0.8,分别对应着密实球、刚性链和无规线团三种构型。而这些数据信息,势必需要通过MALS与特性粘度检测器IV相结合,结算mark.houwink方程得来的!因此,实际上,对于这样的客户而言,四毛细管粘度检测器IV,就是必选项了!而DLS,明显跟MALS重复了,在这类样品的应用中,意义不大,因为DLS得到的流体力学半径与体积,与MALS得到的均方旋转半径与体积,在数据上差别不大,物理意义上也有点儿重复了,没太大意义啊。
所以,对于溶解型样品的分析,我们还是强烈建议:用IV检测器,代替DLS检测器。
MALS DLS这种组合,主要是应用于分散型的、不溶解的样品分析测试的应用,实际上是用DLS来补充MALS在纳米材料尺寸测试上的量程的不足。
顺便说一句,有些用户,即使是搞高分子的,也对粘度检测器有偏见,好像粘度检测器数据不重要、意义不大似的,并且认为粘度检测器得到的粘度、粘均分子量等信息,不是绝对分子量,不如激光散射检测器得到的数据等等,这些都是不正确的、错误的认识。特性粘度,从量纲上说,是密度的倒数,体现了样品分子的构型信息,由特性粘度与激光散射检测器结合,可以得到流体力学体积等信息。特性粘度也是定性的信息数据,而且是比绝对分子量更深刻地反映了样品分子构型的信息:分子量越大,特性粘度当然也越大;但是,对于分子量相同的不同样品组分,其特性粘度反映了各自的物理化学性质,流体力学体积也可能不相同、分子密度不相同、特性粘度不同;同样,流体力学体积相同的不同样品组分,可能分子量不同、特性粘度不同等等。善于利用这些,就可以充分发挥多检测器FFF/GPC的数据,得到许多深层次信息。例如:生物类样品中,相同流体力学体积的蛋白质和多糖、淀粉,在FFF/GPC色谱图上,很可能是一个峰,无法分开,但是,通过综合比对示差检测器信号强度、紫外检测器信号强度、绝对分子量信息、特性粘度信息等,就可以判断这个峰当中是否含有蛋白质和/或淀粉、多糖等。本论坛的多检测器GPC测试多糖-蛋白质样品那个帖子,就是这方面的一个典型应用。
abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
最近,我在本网别的论坛里看到有厂家在宣传在线动态光散射,测蛋白质的流体力学体积,忍不住想说几句。就像本帖前面说的,动态光散射测蛋白质这类密实型的分子还是可以的,但是对于蓬松型的分析,也即:分子密度较小、特性粘度较大的样品,就不合适了。所以,搞生物的朋友要小心了,人家厂家只说能做蛋白质的Rh,Vh,可没说能做多糖、淀粉的Rh/Vh哦。如果你的样品是蛋白质、多糖甚至还有淀粉混合的,那就复杂了啊。
动态激光散射DLS,是基于这样的假设:样品颗粒或分子的热布朗运动,只与其体积/尺寸有关,而与其材质、密度等无关。但是,许多溶解型样品,特性粘度较大,分子很蓬松,或可称之为弹性体,就不适合DLS了。

总之,对于溶解型样品,特性粘度检测器更适合测定流体力学体积/半径,而且也更准确,不论粘度大或小,都能准确测定Rh/Vh 。

以前,我就听到过一些石油行业的用户说过,他们想测聚丙烯酰胺PAM的Rh/Vh,用GPC/SEC做,分离不好,粘柱子;就改用DLS测,结果还是不好。主要原因就是PAM这类聚电解质分子密度低、粘度大。这些故事,我们都可以说是反复提醒大家注意啊!
abuhaier
结帖率:
100%
关注:0 |粉丝:0
新手级: 新兵
谈到激光散射,也就顺便提一提示差折光检测器RI,以及dn/dc值。在瑞利散射的计算公式中,出现一个参数:dn/dc值,其名称为:示差折光指数的浓度增量,这个数据本身,也跟 RI 检测器的光源波长有关。即:在特定波长的光源下测得的dn/dc值。在瑞利散射公式中的dn/dc值,严格意义上来说,是要使用与激光散射检测器的光源相同波长的RI检测器或示差折光仪测出来的dn/dc值的。但是,实际上,如果RI检测器的波长与MALS的光源波长有差别,其实对绝对分子量的数据的影响也不大、尤其是对于FFF所分析的超高分子量样品而言,几乎可以忽略那点儿偏差了,因为影响绝对分子量大小的,最主要还是散射光强,即:MALS测到的信号。

但是,这并不意味着dn/dc值不重要,相反,dn/dc值是一个非常重要的指标!没有紫外吸收的样品,都需要RI 检测器来测试其分子量分布,那么,dn/dc值是否大于0.05,就成为了RI检测器信号与样品组份浓度是否成正比的一个约定俗成的标准了:低于0.05,则通常认为RI信号与组份浓度不成正比,测到的分子量分布数据也就不正确,那么,这个色谱(SEC/FFF)方法就是错的;反之,dn/dc值大于0.05,那么色谱方法就是对的。这对于聚合物的SEC/FFF分析尤为重要!许多SEC/GPC用户不知道这点,而且,如果使用HPLC仪器做SEC/GPC,那么其RI检测器和软件,都没有dn/dc值输入输出功能,使得用户也无从了解dn/dc值。同时,HPLC厂家的工程师也基本不懂dn/dc值。

影响dn/dc值的,不仅仅只是光源波长,还有:流动相-溶剂、测试温度等,这些也是SEC/FFF的色谱方法的重要内容。