激光動(dòng)態(tài)光散射儀的原理與結(jié)構(gòu)

2010-10-22

一、 激光動(dòng)態(tài)光散射儀的結(jié)構(gòu)

      動(dòng)態(tài)光散射儀的結(jié)構(gòu)原理圖如下：

      儀器結(jié)構(gòu)總是與其功能相適應(yīng)的，下圖為生命科學(xué)學(xué)院所有的protein solution公司的MS800光散射儀的外形。

上方為主機(jī)，包括激光器、檢測(cè)器、相關(guān)器等；下方是溫控器和樣品室。
二、 動(dòng)態(tài)光散射儀的工作原理

動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)（dynamic light scattering,DLS）是指通過(guò)測(cè)量樣品散射光強(qiáng)度起伏的變化來(lái)得出樣品顆粒大小信息的一種技術(shù)。之所以稱為“動(dòng)態(tài)”是因?yàn)闃悠分械姆肿硬煌５刈霾祭蔬\(yùn)動(dòng)，正是這種運(yùn)動(dòng)使散射光產(chǎn)生多普勒頻移。動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的工作原理可以簡(jiǎn)述為以下幾個(gè)步驟：首先根據(jù)散射光的變化，即多普勒頻移測(cè)得溶液中分子的擴(kuò)散系數(shù)D，再由D=KT/6πηr可求出分子的流體動(dòng)力學(xué)半徑r，(式中K為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，η為溶液的粘滯系數(shù)),根據(jù)已有的分子半徑-分子量模型，就可以算出分子量的大小。

光在傳播時(shí)若碰到顆粒，一部分光會(huì)被吸收，一部分會(huì)被散射掉。如果分子靜止不動(dòng)，散射光發(fā)生彈性散射時(shí)，能量頻率均不變。但由于分子不停地在做雜亂無(wú)章的布朗運(yùn)動(dòng)，所以，當(dāng)產(chǎn)生散射光的分子朝向監(jiān)測(cè)器運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于把散射的光子往監(jiān)測(cè)器送了一段距離，使光子較分子靜止時(shí)產(chǎn)生的散射光要早到達(dá)監(jiān)測(cè)器，也就是在監(jiān)測(cè)器看來(lái)散射光的頻率增高了；如果產(chǎn)生散射的分子逆向監(jiān)測(cè)器運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于把散射光子往遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)器的方向拉了一把，結(jié)果使散射光的頻率降低。日常生活中，但我們聽(tīng)到救護(hù)車由遠(yuǎn)而近時(shí)，聲音的頻率越來(lái)越高，也是同樣的道理。實(shí)際上我們可以根據(jù)聲音頻率變化的快慢來(lái)判斷救護(hù)車運(yùn)動(dòng)的速度。

光散射技術(shù)就是根據(jù)這種微小的頻率變化來(lái)測(cè)量溶液中分子的擴(kuò)散速度。由D=KT/6πηr可知，當(dāng)擴(kuò)散速度一定時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)時(shí)溶劑一定，溫度是確定的，所以擴(kuò)散的快慢只與流體動(dòng)力學(xué)半徑有關(guān)。蛋白質(zhì)多方面的性質(zhì)都直接和它的大小相關(guān)。因此，光散射廣泛應(yīng)用與蛋白質(zhì)及其它大分子的理化性質(zhì)研究。

三、 動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的應(yīng)用

溶液中的顆粒物質(zhì)（如生物大分子、高分子聚合物、膠束等），其顆粒大小的變化往往可以反應(yīng)出某些性質(zhì)方面的變化。由于光散射實(shí)際上是首先

通過(guò)測(cè)量大分子物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)出其它參數(shù)。所以，光散射不僅可以用來(lái)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，還可以檢測(cè)一些動(dòng)態(tài)過(guò)程的變化。