پراکندگی نور استاتیک (SLS)

در بسیاری از مطالعات مربوط به پلیمرها، پروتئین‌ها و نانوذرات، یکی از پارامترهای مهم در کنار اندازه ذرات، جرم مولکولی است که می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره ساختار و ویژگی‌های یک ماده در اختیار قرار دهد. در این میان، پراکندگی نور استاتیک  (Static Light Scattering – SLS) یکی از روش‌های نوری برای تعیین جرم مولکولی و بررسی ویژگی‌های مولکولی مواد است. اساس این روش بررسی نوری است که هنگام عبور از یک نمونه توسط مولکول‌ها یا ذرات پراکنده می‌شود. شدت این نور پراکنده شده به ویژگی‌های مولکولی نمونه وابسته است و می‌توان از این ارتباط برای تعیین جرم مولکولی مطلق استفاده کرد. در این مقاله، اندازه‌ گیری جرم مولکولی با استفاده از پراکندگی نور ایستا را بررسی کرده و دستگاه DLS برند آنتون پار را به عنوان انتخابی مناسب برای بررسی اندازه ذرات در مقیاس نانو و جرم مولکولی معرفی می‌کنیم.

پراکندگی نور استاتیک چیست؟

پراکندگی نور ایستا روشی برای آنالیز مولکول‌ها و ذرات است که در آن، شدت نور پراکنده‌شده توسط نمونه مورد بررسی قرار می‌گیرد. یکی از اصول مهم در این روش، ارتباط میان شدت پراکندگی نور و جرم مولکولی است. بر اساس نظریه رایلی، مولکول‌های بزرگ‌تر نور بیشتری پراکنده می‌کنند. به بیان دیگر، هرچه جرم مولکولی یک مولکول افزایش پیدا کند، میزان نور پراکنده ‌شده نیز افزایش می‌یابد. بنابراین با اندازه‌گیری شدت نور پراکنده ‌شده می‌توان اطلاعاتی درباره جرم مولکولی نمونه به دست آورد. این ویژگی باعث شده است SLS به ابزاری مهم برای بررسی مواد تبدیل شود.

اندازه‌گیری جرم مولکولی با استفاده از  SLS

یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های این روش، امکان تعیین جرم مولکولی مطلق است. این ویژگی، SLS  را برای مطالعاتی که شناخت ویژگی‌های مولکولی نمونه اهمیت دارد، به یک روش کاربردی تبدیل می‌کند. برای مثال در بررسی پلیمرها، این روش می‌تواند در بررسی شاخه‌دارشدن مولکول‌ها و نحوه قرارگیری آن‌ها در محلول به کار رود. روش SLS می‌تواند به دو شکل اصلی برای تعیین جرم مولکولی مورد استفاده قرار گیرد:

• اندازه‌گیری مستقیم نمونه در کووت
• SLS در ترکیب با کروماتوگرافی

بررسی روش‌های اندازه گیری

آنالیز پراکندگی نور ایستا

۱. اندازه ‌گیری با کووت

در روش اول، نمونه به‌صورت مستقیم در یک کووت اندازه‌ گیری می‌شود. در این نوع اندازه گیری اطلاعات حاصل از کل نمونه به صورت یکجا بررسی می‌شود. در چنین شرایطی، نتیجه حاصل می‌تواند جرم مولکولی متوسط کل نمونه را ارائه کند. بنابراین اگر نمونه شامل جمعیتی از مولکول‌ها با ویژگی‌های مختلف باشد، اندازه‌گیری کووت اطلاعات مربوط به کل جمعیت را در قالب یک مقدار میانگین ارائه می‌دهد. این روش برای مطالعاتی که هدف آن‌ها بررسی ویژگی کلی یک نمونه است، کاربرد دارد. دستگاه Litesizer DLS از این نوع می‌باشد.

۲. ترکیب SLS با کروماتوگرافی

روش دوم، استفاده از پراکندگی نور در کنار GPC/SEC  است. در این حالت، اطلاعات پراکندگی نور هم‌زمان با جداسازی اجزای نمونه در کروماتوگرام مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، به جای اینکه تنها یک مقدار میانگین برای کل نمونه به دست آید، امکان تعیین جرم مولکولی مطلق در نقاط مختلف کروماتوگرام وجود دارد. این موضوع زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که نمونه شامل چند جمعیت مولکولی متفاوت باشد. در چنین شرایطی، ترکیب GPC/SEC و SLS می‌تواند اطلاعات مربوط به جرم مولکولی جمعیت‌های مختلف موجود در نمونه را جداگانه نشان دهد.

اهمیت بررسی جرم مولکولی در صنایع مختلف

• آنالیز پلیمرها

در آنالیز پلیمرها، شناخت جرم مولکولی و نحوه توزیع آن در نمونه اهمیت زیادی دارد. جرم مولکولی یک پلیمر اغلب به‌عنوان طول زنجیره در نظر گرفته می‌شود و خواص فیزیکی مانند نقطه ذوب، ویسکوزیته و کشسانی را تعیین می‌کند.  از این قابلیت می‌توان هم در توسعه مواد جدید و هم در کنترل کیفیت استفاده کرد. اطلاعات حاصل از پراکندگی نور می‌تواند دید دقیق‌تری نسبت به ساختار نمونه فراهم کند.

• آنالیز پروتئین‌ها

یکی از زمینه‌های مهم استفاده از این روش، مطالعه پروتئین‌هاست. در این کاربرد، SLS  می‌تواند برای بررسی ویژگی‌هایی مانند اندازه، وضعیت الیگومری، تجمع و پایداری پروتئین به کار رود. بررسی تجمع پروتئین اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا تغییر در وضعیت مولکولی پروتئین می‌تواند خود را در تغییر ویژگی‌های پراکندگی نور نشان دهد.

• آنالیز نانوذرات و سیستم‌ های کلوئیدی

کاربرد دیگر به بررسی نانوذرات و سیستم‌های کلوئیدی مربوط می‌شود. این اطلاعات می‌توانند در فرآیندهایی مانند بهینه‌سازی سنتز نانوذرات، بررسی پایداری و مطالعه برهم‌کنش‌های موجود در سیستم مفید باشند. بنابراین SLS می‌تواند بخشی از فرآیند بررسی سیستم‌هایی باشد که رفتار آن‌ها به ویژگی‌های ذرات موجود در محلول وابسته است.

• آنالیز فرمولاسیون‌های دارویی

پراکندگی نور ایستا می‌تواند برای مطالعه اندازه ذرات، تجمعات و پایداری فرمولاسیون در طول زمان مورد استفاده قرار گیرد. با بررسی تغییرات نمونه، می‌توان اطلاعاتی درباره وضعیت سیستم و تغییرات ایجادشده در آن به دست آورد. این قابلیت، SLS  را به روشی قابل استفاده برای مطالعات مرتبط با توسعه و ارزیابی فرمولاسیون تبدیل می‌کند.

• آنالیزهای شیمیایی و محیط‌ زیستی

سیستم‌های کلوئیدی و ماکرومولکولی تنها به حوزه‌های دارویی و مواد محدود نمی‌شوند. در آنالیزهای شیمیایی و محیط‌زیستی نیز می‌توان از پراکندگی نور برای بررسی سیستم‌های کلوئیدی، تعیین جرم مولکولی ماکرومولکول‌ها و مطالعه فرآیند (Self-assembly)  در محلول استفاده کرد. در این کاربردها اطلاعات ارائه شده به شناخت بهتر ساختار سیستم کمک می‌کند.

ترکیب تکنیک‌های پراکندگی نور

امروزه آنالیز مولکولی و ذره‌ای می‌تواند با استفاده از ترکیب چند تکنیک پراکندگی نور انجام شود. برای مثال، Litesizer DLS مجموعه‌ای از روش‌های DLS، SLS  و پراکندگی نور الکتروفورتیک (ELS) را با یکدیگر ترکیب می‌کند. این ترکیب امکان بررسی پارامترهایی مانند اندازه ذرات و جرم مولکولی را فراهم می‌آورد. در نتیجه می‌توان ویژگی‌های مختلف یک نمونه را از جنبه‌های متفاوت مورد بررسی قرار داد؛ از بررسی پروتئین و تحلیل نانوذرات گرفته تا مطالعات مربوط به توسعه فرمولاسیون شامل این روش می‌شوند.

ضریب شکست حلال

ضریب شکست اغلب حلال‌های متداول در کتابخانه‌های آنلاین موجود است؛ با این حال، از آنجا که ضریب شکست به طول موج منبع لیزر وابسته است، توصیه می‌شود از ضریب شکستی استفاده شود که با طول موج دستگاه پراکندگی نور مطابقت داشته باشد. دستگاه Litesizer 500 امکان تعیین ضریب شکست را در طول موج دقیق منبع نور خود، که برای اندازه‌گیری پراکندگی نور ایستا نیز استفاده می‌شود، فراهم می‌کند.

جمع‌بندی

پراکندگی نور استاتیک (SLS) روشی مبتنی بر اندازه‌گیری شدت نور پراکنده‌شده توسط مولکول‌ها و ذرات است که می‌تواند برای تعیین جرم مولکولی مطلق و بررسی ویژگی‌های ساختاری نمونه مورد استفاده قرار گیرد. مبنای این روش، ارتباط میان شدت پراکندگی نور و جرم مولکولی است؛ به‌گونه‌ای که مولکول های بزرگ‌تر نور بیشتری پراکنده می‌کنند. SLS را می‌توان به‌صورت اندازه‌گیری مستقیم در کووت یا در ترکیب با GPC/SEC  به کار برد. در حالی که اندازه ‌گیری کووت اطلاعاتی درباره ویژگی کلی نمونه ارائه می‌دهد، ترکیب SLS با GPC/SEC امکان بررسی جرم مولکولی مطلق در نقاط مختلف کروماتوگرام و مطالعه جمعیت‌های مولکولی مختلف را فراهم می‌کند. به همین دلیل، این تکنیک در حوزه‌های متنوعی مانند بررسی پروتئین‌ها، آنالیز پلیمرها، بررسی نانوذرات، توسعه فرمولاسیون‌های دارویی و مطالعه سیستم‌های کلوئیدی و ماکرومولکولی کاربرد دارد و می‌تواند اطلاعات ارزشمندی برای شناخت دقیق‌تر ساختار و ویژگی‌های مولکولی نمونه فراهم کند.