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關(guān)鍵詞：VB1、溶菌酶、粒徑分布、動(dòng)態(tài)光散射

動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的粒徑有效檢測分辨率通常在2.5-3倍粒徑。在大部分該類設(shè)備儀器的宣傳資料中通常使用60-300nm范圍的窄分布標(biāo)準(zhǔn)樣品的混合樣檢測結(jié)果來體現(xiàn)。很少報(bào)道動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)在10納米以下的混合樣品的分辨率能力。這一方面是由于缺乏這種小粒徑范圍內(nèi)的標(biāo)樣，另一方方面是由于受到儀器的靈敏度，相關(guān)器低通道的運(yùn)算能力的影響。

在這個(gè)應(yīng)用報(bào)告中，使用丹東百特公司出品的BeNano 180系列納米粒度儀檢測了VB1和溶菌酶混合樣品。這兩個(gè)樣品本身粒徑都非常小，散射極弱，對于動(dòng)態(tài)光散射設(shè)備的靈敏度，相關(guān)曲線的通道設(shè)置和算法都提出了較高的挑戰(zhàn)。


原理

動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)DLS，也稱作光子相關(guān)光譜PCS或者準(zhǔn)彈性光散射QELS，是利用激光照射在樣品溶液或者懸浮液上，通過光電檢測器檢測樣品顆粒布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的散射光波動(dòng)隨時(shí)間的變化。利用相關(guān)器的時(shí)間相關(guān)性統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算可以得到相關(guān)曲線，進(jìn)而得到顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)速度，即擴(kuò)散系數(shù)D。通過斯托克斯-愛因斯坦方程，我們把顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)速度和其粒徑DH聯(lián)系起來：

其中kB為玻爾茲曼常數(shù)，T為環(huán)境溫度，𝜂為溶劑粘度，DH為顆粒的流體力學(xué)直徑。

通過累積距法對于相關(guān)曲線的擬合，得到顆粒的平均粒徑和PD.I分布系數(shù)，通過多指數(shù)的分布算法得到顆粒的粒徑分布信息。


設(shè)備

采用丹東百特公司的BeNano 180 納米粒度儀。儀器使用波長671 nm，功率50 mW激光器作為光源，設(shè)置在173°的APD檢測器進(jìn)行散射光信號(hào)采集。采用單模光纖進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)，以最大程度的提高信噪比。

BeNano采用納秒級(jí)別高速相關(guān)器，為小顆粒的快速衰減相關(guān)曲線提供充足的短期相關(guān)計(jì)算范圍。


樣品制備和測試條件

我們配置了VB1和溶菌酶溶液，具體樣品信息如下表：

將VB1和溶菌酶混合，形成混合溶液，具體信息如下：

通過BeNano內(nèi)置的溫度控制系統(tǒng)將測試溫度控制為25℃±0.1℃。

由于樣品的顆粒極小，散射極弱，所以灰塵等雜質(zhì)的存在對于檢測具有較大影響。實(shí)驗(yàn)過程中，利用100 nmPES水性膜進(jìn)行樣品過濾。濾液直接注入樣品池。

每一個(gè)樣品在放入樣品池后進(jìn)行至少三次測試，以檢測結(jié)果的重復(fù)性和得到結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。


粒徑測試

通過樣品的原始散射光信號(hào)，我們得到這些樣品的相關(guān)曲線和粒徑分布結(jié)果：

圖1.  VB1，溶菌酶以及VB1和溶菌酶混合溶液的相關(guān)曲線

圖2.  40% VB1溶液的粒徑分布曲線

圖3.  5mg/mL溶菌酶溶液的粒徑分布曲線

圖4. VB1和溶菌酶混合溶液的粒徑分布曲線

我們將檢測結(jié)果列于下表中：
通過圖1、圖2、圖3和表3中不同樣品的相關(guān)曲線和粒徑結(jié)果可以看出，相對而言單純的溶菌酶溶液的相關(guān)曲線衰減時(shí)間更長，這是由于溶菌酶的粒徑相對于VB1更大，布朗運(yùn)動(dòng)速度更慢造成的。

圖4中為VB1溶液、溶菌酶溶液以及VB1和溶菌酶溶液混合樣品的粒徑分布圖。通過粒徑分布圖可以看出VB1和溶菌酶溶液混合樣品粒徑分布中非常明顯的具有一個(gè)粒徑較小的組分的分布峰，和一個(gè)相對而言粒徑較大的組分的分布峰。這兩個(gè)峰分別對應(yīng)對于混合溶液中的VB1分子和溶菌酶，且小顆粒粒徑峰的位置與VB1溶液的粒徑峰位置基本符合，大顆粒粒徑峰的位置與溶菌酶溶液的粒徑峰的位置基本符合。


結(jié)論

通過檢測結(jié)果，我們可以看到BeNano 180系統(tǒng)極高的靈敏度和分辨率。其優(yōu)異的光路設(shè)計(jì)和算法設(shè)置，即使對于粒徑在10個(gè)納米以下的混合樣品也能提供可靠的粒徑分布信息，這為動(dòng)態(tài)光散射在極小顆粒的應(yīng)用提供了有力的檢測工具。