Анализаторы динамического рассеяния света
При взаимодействии луча света с оптически неоднородной средой происходит рассеяние света. Оптическая неоднородность среды может быть вызвана флуктуацией плотности, температуры и концентрации растворённого вещества из-за процессов диффузии.
По характеру изменения частоты различают:
- Неупругое рассеяние, при котором в рассеянном свете появляются дополнительные линии, смещённые по частоте относительно возбуждающего излучения.
- Упругое рассеяние, при кторотом рассеянный свет имеет ту же частоту, что и возбуждающий луч света, но амплитуда и фаза оказываются модулированными из-за процессов, вызванных флуктуациями среды. Измерение неупругого рассеяния используется в рамановской спектроскопии. Методы динамического рассеяния света основаны на измерении упругого рассеяния света.
Метод динамического рассеяния света (ДРС) использует измерение и анализ временных флуктуаций интенсивности рассеянного света. Флуктуации интенсивности вызваны интерференцией электромагнитных волн, рассеянных соседними частицами. Коррелятор анализирует флуктуации и строит автокорреляционную функцию сигнала — корреляцию значений интенсивности рассеянного света, измеренных через промежуток времени, усреднённых по различным начальным моментам времени. Автокорреляционная функция представляет собой произведение двух сигналов, сдвинутых относительно друг друга на некоторый промежуток времени. Простые математические преобразования преобразуют автокорреляционную функцию интенсивности рассеянного света в экспоненциальное уравнение.
Анализ автокорреляционной функции позволяет определить время флуктуации, которое обратно пропорционально коэффициенту диффузии. Исходя из полученных значений коэффициента диффузии и предположения о сферической форме частиц, по уравнению Стокса-Эйнштейна происходит вычисление размера частиц (гидродинамического радиуса в методе ДРС). Для жёстких сферических частиц реальный размер практически совпадает с определеяемым гидродинамическим радиусом. Для белков и полимерных клубков, не имеющих сферической формы, гидродинамический радиус считается условным параметром.
Сочетание метода динамического рассеяния света и электрофореза используется для определения -потенциала (сочетание этих двух технологий получило название метода электрофоретического рассеяния света). Метод заключается в измерении интенсивности света, рассеянного заряженными частицами, движущимися с некоторой скоростью под действием под действием приложенного электрического поля. Влияние электрического поля учитывается в автокорреляционной функции. Автокорреляционная функция будет промодулирована косинусоидальной функцией, частота которой определяется электрофоретической подвижностью. Исходя из полученных значений электрофоретической подвижности происходит вычисление ?-потенциала по уравнению Смолуховского.
Измерение размера и ?-потенциала молекул и частиц в растворах играет исключительно важную роль при проведении различных лабораторных исследований. Объектами исследования могут быть белки и белок-содержащие комплексы (белок-белок, белок-ДНК, белок-РНК и др.), вирусы и вирусоподобные частицы, антитела, вакцины, липосомы, мицеллы, наноразмерные структуры и материалы (наноалмазы, углеродные нанотрубки, наночастицы металлов) и многое другое.