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BI-200SM 廣角動靜態光散射系統

BI-200SM 廣角動靜態光散射系統作為頂尖的研究級光散射儀,長期以來代表著業界的最高技術水準:精度、測量范圍、可擴展性以及可靠性都為行業樹立了標桿。遵循著面向用戶需求的設計理念,BI-200SM 一直在根據實際應用,進行著持續的升級與創新,以期更好地為用戶提供服務。

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  •        光電子和計算機技術的飛速發展使得激光光散射已經成為高分子體系和膠體科學研究中的一種常規的測試手段。現代的激光光散射包括靜態和動態兩個部分。

            1. 在靜態光散射中,通過測定平均散射光強的角度和濃度的依賴性,可以得到高聚物的重均分子量Mw,均方根回旋半徑Rg和第二維利系數A2;

            2. 在動態光散射中,利用快速數字相關器記錄散射光強隨時間的漲落,即時間相關函數,可得到散射光的特性弛豫時間τ,進而求得平動擴散系數D和與之對應的流體力學半徑Rh。

           在使用過程中,靜態和動態光散射有機地結合可被用來研究高分子以及膠體粒子在溶液中的許多涉及到質量和流體力學體積變化的過程,如聚集和分散、結晶和溶解、吸附和解吸、高分子鏈的伸展和卷縮以及蛋白質長鏈的折疊,并可得到許多獨特的分子量參數。

            


    1. BI-DNDC 示差折光儀

    2. TurboCorr 數字相關器


    1. 靈活的激光器配置,可以測量粒徑更小、濃度更低的樣品。比如PAM樣品,特點是超高分子量、高粘度,通常配制的濃度需要在ppm級情況下才能進行樣品除塵和過濾。如此低的濃度,所提供的散射光信號很弱,如果使用低功率激光器,將很難得到高信噪比的數據。

    2. 雙光路配置:可以對不同顏色樣品進行精確測定。

    3. 標配包含匹配液過濾裝置。

    4. 標配多種濾片輪,可以配置多種激光器,且可以有效過濾自發光樣品對測試的影響。

    5. 多種測量模式可選:DLS/SLS分別測量或同步測量。

    6. 強大的數字相關器是NASA太空項目與中國天宮太空實驗室項目的指定產品。

    7. 擴展能力:可升級與Zeta電位分析儀聯用,組成完整的光散射系統。


    1. 膠束的表征:

      兩親性分子(如磷脂、兩親性聚合物大分子)在溶液中能夠自發形成不同形態膠束(如: 球形、棒狀、層狀和囊胞等), 膠束結構為其功能和應用的實現奠定了物理基礎. 膠束在生命體系中廣泛存在, 在保護細胞、存儲物資和輸運物資等方面扮演重要角色, 在人工釋放體系和高級材料模板等應用領域有重要價值.
      不溶嵌段重復單元數較小的嵌段共聚物膠束可通過類似于表面活性劑膠束的制備方法直接把高分子溶解在某一溶劑體系中制得。而對于不溶嵌段重復單元數較大的嵌段共聚物,直接將其溶解在某一溶劑體系中,不可能制得穩定的膠束。一般需要將高分子首先溶解在兩嵌段的共同良溶劑中,再通過加入另一溶劑組分改變溶劑性質,使其變為某一嵌段的不良溶劑,從而得到穩定的膠束結構(如下圖)。

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      在濃度低于臨界膠束濃度(cmc)時,嵌段共聚物以單鏈的形式存在。當濃度達到cmc 附近時,嵌段開始締合成松散的聚集體,并保持著聚集體與單鏈之間的平衡關系,且有大量的溶劑存在于膠束核內。隨著共聚物濃度的增加,平衡向著形成膠束的方向移動,溶劑分子被逐漸地從膠束核中排出,不溶性嵌段開始在膠束中進行重排以達到最低的構象能。當溶液達到高濃度區域,膠束間相互作用變得尤為重要,膠束/單鏈平衡則由于長程超分子結構的形成而受到影響。
      在膠束的應用上,膠束的大小、結構、溫敏性、pH值敏感度等決定著膠束的性能及應用前景,而光散射法也成為表征這些參數的主要手段之一。利用動態光散射得到動態Zimm圖,進行濃度和角度外推,進而求得平動擴散系數D0,再依Stoke-Einstein公式求得流體力學半徑Rh及其分布;利用靜態光散射得到靜態Zimm圖,可以得到絕對重均分子量Mww,均方根回旋半徑Rg和第二維里系數A2。通過以上參數再結合核-殼模型,我們還可以計算得出膠束的密度ρ、聚集度Nagg和特征參數Rg/Rh比值。特征參數Rg/Rh可用來表征高聚物鏈的構想:通過理論計算,當Rg/Rh=0.775時,為
      硬球構想,當Rg/Rh=1,為空心球構想;Rg/Rh=0.775~4,為橢圓形構想;Rg/Rh=1.505時,為柔性高聚物纏繞。
      同時,還可以利用示差折射儀測得膠束的dn/dc值。通過以上參數的表征,我們很容易得出膠束隨溫度、濃度、溶劑、pH值等因素變化信息,更好的了解和發揮膠束的性能。

    2. 囊泡幾何形狀、大小和囊壁厚度的表征 
         微膠囊是通過成膜物質將囊內空間和嚢外空間隔離開以形成特定幾何結構的物質,其內部可以是可以填充的,也可以使中空的。微膠囊技術在現代科技與日常生活中有重要作用,如藥物、染料、納米微粒和活細胞等都可以被包埋形成多種不同功能的微膠囊。然而,傳統技術制備的中空微膠囊,其幾何形狀、大小和嚢壁厚度都無法精確控制,所得微膠囊的分散性和穩定性不佳,限制了微膠囊基本物理性能如膜結構、通透性、力學強度的研究。 
      利用動靜態光散射技術再結合核‐殼模型,可以對微膠囊的幾何形狀、粒徑大小、分子量大小和囊壁厚度進行表征,進而人為對微膠囊的囊壁組成和結構進行精確的控制與調控,從而調控微膠囊的各種性能和功能。 

    3. 3.脂質體的表征
              脂質體是一種定向藥物載體,屬于靶向給藥系統的一種新劑型。它可以將藥物粉末或溶液包埋在直徑為納image

      米級的微粒中,這種微粒具有類細胞結構,進入人體內主要被網狀內皮系統吞噬而激活機體的自身免疫功能,并改變被包封藥物的體內分布,使藥物主要在肝、脾、肺和骨髓等組織器官中積蓄,從而提高藥物的治療指數,減少藥物的治療劑量和降低藥物的毒性。
      脂質體是由磷脂、膽固醇等為膜材包合而成。這兩種成分不但是形成脂質體雙分子層的基礎物質,而且本身也具有極為重要的生理功能。
      用磷脂與膽固醇作脂質體的膜材時,必須先將類脂質溶于有機溶劑中配成溶液,然后蒸發除去有機溶劑,在器壁上形成均勻的類脂質薄膜,此薄膜是由磷脂與膽固醇混合分子相互間隔定向排列的雙分子層所組成。   
      按結構和粒徑,脂質體可分為單室脂質體、多室脂質體、含有表面活性劑的脂質體。按性能,脂質體可分為一般脂質體(包括上述單室脂質體、多室脂質體和多相脂質體等)、特殊性能脂質體、熱敏脂質體、PH 敏感脂質體、超聲波敏感脂質體、光敏脂質體和磁性脂質體等。按荷電性,脂質體可分為中性脂質體、負電性脂質體、正電性脂質體。
      利用動靜態光散射技術再結合核‐殼模型,可以對脂質體的分子層結構進行表征,例如幾何形狀、大小和雙分子層厚度進行表征,進而人為對脂質體的雙分子層組成和結構進行精確的控制與調控,從而調控脂質體的各種性能和功能。

    4. 聚電解質樣品的表征 
              聚電解質可用作食品、化妝品、藥物和涂料的增稠劑、分散劑、絮凝劑、乳化劑、懸浮穩定劑、膠粘劑,皮革和紡織品的整理劑,土壤改良劑,油井鉆探用泥漿穩定劑,紙張增強劑,織物抗靜電劑。近年來,聚電解質在藥物載體研究方面有著諸多應用。聚電解質組裝體不但可以為藥物、基因、顯像診斷試劑及功能納米微粒提供負載場所,賦予組裝體藥物和基因傳輸和顯像診斷功能,而且由于組裝體的內部及表面攜帶多種反應性官能團(如—OH,—COOH 等),既可直接結合生物酶、細胞、抗體、

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      藥物等,又可便于化學修飾以實現不同的功能與需求。同時,聚電解質組裝體還具有對溶劑、離子環境、溫度和濃度敏感的特點。 
              聚電解質具有高分子溶液的特性,例如粘度、滲透壓和光散射等。由于它帶有電荷,并且這三方面的性質又不同于一般的高分子,不能用上述溶液的特性與分子量的關系式來測算分子量。例如,在無鹽條件下聚電解質溶液的Kc/R值與q2值不成線性關系,只有在適當濃度的鹽溶液中才呈線性關系(右圖)。在動態光散射表征方面,在無鹽條件下單分散的聚電解質溶液在動態光散射粒度分布上會呈現多峰分布(通常有大峰存在),只有在加入適當的鹽溶液的情況下,才會屏蔽掉這個大峰,粒度分布呈現出聚電解質的真實分布情況。所以測定聚電解質的分子量時,必須把聚電解質溶解在一定濃度的鹽溶液中。另外,聚電解質組裝體還具有對溶劑、離子環境、溫度和濃度敏感的特點,利用動靜態光散射儀可以表征聚電解質的這些特點,例如,聚電解質在不同溫度條件下的流體力學半徑 Rh、絕對重均分子量 Mww,均方根回旋半徑 Rg、第二維里系數 A2、密度ρ、聚集度 Nagg和Rg/Rh比值等,從而更好的了解聚電解質的特性,為我們更好地使用聚電解質提供參考。

    5. 自組裝
              自組裝已經成為納米科學領域一個重要的課題。它的主要研究內容是高分子之間、高分子與小分子間、高分子與納米粒子之間通過非共價鍵的相互作用,進行自組裝而實現不同尺度上的規則結構。如膠束、囊泡、聚電解質、脂質體、高分子與無機納米粒子共聚物等。目前研究較多的組裝方法有:化學吸附法、分子沉積法、接枝成膜法、慢蒸發溶劑法和旋涂法。 
              影響組裝體系穩定性的因素有:分子識別、組分、溶劑、溫度及熱力學平衡狀況。而通過測定組裝體系的擴散系數、粒徑、分子量、均方根回旋半徑,第二維利系數等變化,可以方便地表征自組裝體系的這些性能。 

    6. 體系聚集與生長--動力學特性研究
              由于體系的變化可以通過粒度、光強、擴散系數、相關曲線等的變化加以表征,所以通常我們可以用光散射的方法來表征,從而得到體系的聚集、解離以及生長等信息。 如在蛋白質晶體生長過程中,連續采集其光散射信號,通過對其光強、粒度、擴散系數及相關曲線等變化數據進行對比與分析,了解蛋白質晶體生長的情況及其性能變化的情況。如外加溫控設備可以進而研究體系的相變溫度等溶液行為。
              在一些復雜溶液體系的研究中,研究級光散射系統也是不可或缺的手段。例如對于油包水、水包油微乳液的“初始”狀態與膨脹行為,以及對于雙連續相微乳液的研究等。

    7. .研究高聚物分子量與第二維利系數關系
              第二維利系數(A2)是直接表征溶液中高聚物與溶劑分子間相互作用程度的參數,當互相作用抵消時,A2=0,而且溶劑越優良則 A2 越大。按照高分子溶液熱力學理論,A2一般為正值,但當高分子處于 Θ條件下,或發生聚集時,A2也可又能出現負值。

    8. 超高分子量聚合物 PAM 的表征
              聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)簡稱 PAM,由丙烯酰胺單體聚合而成,是一種水溶性線型高分子物質。PAM 具有絮凝性、粘合性、降阻性、 增稠性等特點,主要用于采油、制糖、洗煤、選礦、造紙、涂料、濕法冶金,紡織、石料切割、化工、農藥、醫藥以及污水處理等等 在石油開采的過程中,油田開采作業中經常需要加入一定量的 PAM 水溶液,起到增粘、降濾失、流變調節、膠凝、分流、剖面調整等作用,從而改善油水流速比,使采出物中原油含量提高。而 PAM 的性能與其分子量大小、結構、流體力學直徑等因素息息相關,所以對 PAM 分子量大小和結構的準確表征是非常重要的。
              傳統上 PAM 是用粘度法進行表征的,通過 Mark Houwink 方程經驗公式(K,a 值為固定常數)得出粘均分子量,但此結果對于有結構變化的 PAM 來說存在較大誤差。目前,使用光散射法 以其測量的準確性和方便性成為表征 PAM 分子量成為主要方法。

    9. 蛋白質的表征
              蛋白質的準確表征不僅嚴格而且必要,例如在生化工程應用上,以蛋白質為基質的產品必須很純而且無任何聚集存在。而測定蛋白質的粒徑和分子量來判斷是否有聚集態存在,光散射法成為最理想的工具之一。光散射主要可如下幾個方面:
      1)測定蛋白質分子的均一性,蛋白質樣品的均一性是生長晶體的前提條件

      2)測定蛋白質分子的 pH 穩定性

      3)測定蛋白質分子的熱穩定性

      4)蛋白質變復性及折疊的研究

      5)臨界膠束濃度的測定,一定濃度的表面活性劑加到溶液中會形成微膠束

    10. .多糖的表征
              多糖是由單糖縮合而成的鏈狀結構物質,是自然界中廣泛存在的一類生物大分子。由于多糖分布的廣泛性結構的復雜性和生物作用的多樣性,使人們對它的藥用研究越來越重視,它將作為一類高效、低毒、新型藥物廣泛應用于人類疑難疾病的治療。

    11.  DNA 的表征
              目前測量 DNA 分子量主要采用凝膠電泳法,即將 DNA 片段和標準分子量(Maker)分別上樣到一定濃度的凝膠中,在一定電場強度作用下,將 DNA片段和 Maker 按分子量大小分離形成各個條帶,將目標 DNA 條帶跟 Maker條帶進行比較,從而得出相對分子量。該方法不僅操作較為復雜和緩慢,但所得的分子量為相對分子量,而且 DNA 分子電泳除了 DNA 分子大小外還受諸多因素的影響,如:DNA 分子構型 、不同的膠濃度 、電場強度 、溴化乙錠(簡稱 EB,DNA 染色劑,為劇毒物質)、電泳緩沖液、電泳上樣量、標準分子量(Maker)等,這些因素無不影響著 DNA 分子量計算的準確性。
              采用激光光散射法浸入式測量,不僅操作簡單快捷,受干擾的因素少,而且可準確測得 DNA 絕對分子量和均方根回旋半徑。光散射法以其獨特的優越性,成為 DNA 以及 DNA 復合物表征的理想工具之一。

    12. 擴散波譜(通過 William Watts 方程)
               擴散波譜是一種測量和研究各種體系動態特性的多重散射技術,適用于觀察體積分數較大的不透明分散體系,是傳統光散射的發展,是一種快速有效測量不透明體系的技術;擴散波譜對埃量級顆粒的運動非常敏感,因此常被廣泛地應用到電流變液、磁流變液、沙堆等高密度體系。我們通過對自相關函數的模擬計算,可得到電流變液體系結構與動力學特性的信息,從而研究電流變液顆粒之間的相互作用。
       
       


  • 主要技術規格及要求:

         1.   動態光散射測量參數: 流體力學直徑(Dh)及其分布,擴散系數(D),其他動力學參數;

          2.   靜態光散射測量參數: 絕對重均分子量(Mw),均方根回旋半徑(Rg),第二維利系數(A2);

          3.   動靜態光散射聯用可完成以下測定:

                    - 通過Rg/Rh得到高分子聚合物的形態

                    - 動靜態結合可以得到膠束聚集度、膠束重量、膠束密度及其結構

                    - 分形維數的值可用來表征樣品的松散程度

                    - 可對體系生長/聚集進行表征

          4.   Dh  測量范圍:>1nm - <6um;

          5.   Mw 測量范圍:>500 - 109 Daltons;

    6.   Rg  測量范圍:10nm – 1μm;

    7.   濃度范圍:0.1 mg/mL - 10mg/mL;

          8.   *測量角度范圍:8-162°之間任意角度(手動或計算機控制);精度:0.01°;

          9.   溫控范圍:-20 - 80°C,精度±0.1°C,數字溫度控制器,具有雙重熱交換溫度控制部件;

          10.  *激光器: 根據用戶需要配置激光器(633nm/532nm/488nm或其它選擇),可升級兩只不同波長激光器組成雙光路,括激光器支架;

    11.  *開放式結構設計,可升級雙激光器雙光路配置,不同光源任意切換使用,滿足不同樣品(特別是不同顏色樣品)的實際測量需求。

    12.  APD(雪崩型光電二極管)檢測器,帶有微處理器電子保護裝置

    13.  數字相關器:

                    - 物理通道:超過1011線性通道

                    - 采樣時間:可變采樣時間:25ns至40ms

                    - 延遲時間:可變延遲時間:25ns至13l0s

                    - 可選擇基線設置:1.測量基線;2.計算基線;3.最后通道基線;4. 斜率分析基線

                    - 多路輸入多路:支持4路同時輸入

                    - 互相關:支持2路互相關

    14.  *濾光片輪:532nm,488nm,514nm,633nm等多種,適用于多種不同波長的激光源,另有開放位置為弱散射體系所備用;

    15.  *孔徑片大小:100μm/200μm/400μm/1mm/2mm/3mm,適應不同的測量應用要求,避免采用單一孔徑片帶來的測量誤差;

    16.  光強調節方式:可變中密度濾光器與孔徑片大小組合調整方式;

    17.  *在線匹配液循環過濾系統:雙重濾膜過濾匹配液,保證匹配液澄清無灰塵;

    18.  旋轉臺誤操作保護:設有限位器防止誤操作損壞檢測器

    19.  軟件:系統準直軟件、動態光散射與靜態光散射的全套分析軟件


    1. BI-DLight 雙光路套件:不同波長激光器拓展不同特征樣品的表征

    2. BI-PA:基于Glan-Thompson棱鏡的偏振分析套件,用于對不同形狀樣品的測量

    3. BI-SFS:樣品過濾裝置

    4. BI-CrossCorr:互相關套件

    5. BI-SVC:150uL 微量樣品池

    6. BI-Align:準直輔助套件

    7. BI-532La:532nm 激光器

    8. BI-632HN:632.8nm 激光器

010-62081909

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