1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
1.4.3.3. Tán xạ ánh sáng tĩnh
Nguyên lý:
Tán xạ ánh sáng là một kỹ thuật đƣợc thiết lập để nghiên cứu tính chất của các hạt trong các dung dịch. Các thông tin nhƣ kích thƣớc, trọng lƣợng phân tử, độ mạnh của sự khuếch tán và cƣờng độ tƣơng tác sẽ thu đƣợc trong quá trình thực hiện. Nguyên lý cơ bản là một chùm tia laser chiếu vào mẫu và cƣờng độ tán xạ đƣợc phát hiện ở một góc θ nhất định bằng máy dò.
Từ các dao động cƣờng độ theo thời gian (Hình 1.9), sẽ thu đƣợc các thông tin về động lực học trong dung dịch. Việc đánh giá các dao động thƣờng đƣợc đặt tên là tán xạ ánh sáng động (DLS) trong khi phân tích cƣờng độ trung bình tuyệt đối đƣợc gọi là tán xạ ánh sáng tĩnh (SLS). Cƣờng độ rất nhạy cảm với sự thay đổi kích thƣớc của các chất hòa tan, do đó thuận lợi cho việc nghiên cứu đặc trƣng các hạt trong dung dịch.
Hình 1.9. Hình học tán xạ và daođộng cƣờng độ tại máy dò
Vectơ tán xạ Q đƣợc định nghĩa là sự khác biệt giữa vectơ sóng đi và sóng đến và cƣờng độ của nó là:
Trong đó n là chỉ số chiết suất của dung môi, θ là góc tán xạ và λ là bƣớc sóng của ánh sáng tán xạ.
Tán xạ ánh sáng tĩnh (SLS - Static Light Scattering)
Tán xạ ánh sáng tĩnh (SLS) là một kỹ thuật quang học đo cƣờng độ của ánh sáng tán xạ phụ thuộc vào góc tán xạ để thu đƣợc thông tin về nguồn tán xạ.
Một ứng dụng điển hình là xác định khối lƣợng phân tử trung bình trọng lƣợng Mw của một đại phân tử nhƣ polymer hoặc protein. Các ứng dụng phổ biến khác là phép đo bán kính của hồi chuyển Rg hoặc yếu tố hình thức và
cấu trúc. Bằng cách đo cƣờng độ tán xạ cho một đại phân tử ở các nồng độ khác nhau, hệ số virial thứ hai A2, có thể đƣợc tính toán. Các kỹ thuật phân tích đặc biệt nhƣ Zimm hoặc Guinier Plot có thể đƣợc sử dụng để thu đƣợc kết quả tối ƣu từ dữ liệu đo đƣợc.
Trọng lƣợng phân tử tuyệt đối đƣợc xác định bằng cách sử dụng mối quan hệ giữa cƣờng độ ánh sáng bị phân tán bởi một phân tử, và cả trọng lƣợng và kích thƣớc phân tử của nó, nhƣ đƣợc mô tả bởi lý thuyết Rayleigh. Lý thuyết Rayleigh nói rằng các phân tử lớn hơn tán xạ ánh sáng nhiều hơn các phân tử nhỏ hơn từ một nguồn sáng nhất định và cƣờng độ của ánh sáng tán xạ tỷ lệ thuận với trọng lƣợng phân tử của phân tử.
Các đại lƣợng chính ảnh hƣởng đến cƣờng độ tán xạ ánh sáng tĩnh, là trọng lƣợng phân tử M, nồng độ và kích thƣớc của các hạt trong dung dịch. Do bƣớc sóng dài, các hạt có kích thƣớc nanomet (điển hình cho protein) có thể đƣợc hiểu là các trung tâm tán xạ (độc lập) có cƣờng độ can thiệp vào cấu trúc. Nếu các hạt đủ lớn (> λ/20), có thể thấy góc tán xạ phụ thuộc vào sự thay đổi về cƣờng độ. Tỉ lệ tán xạ Rayleigh R α IS đƣợc giới thiệu nhƣ là số lƣợng không phụ thuộc vào các thiết lập thực nghiệm. Để có ƣớc tính trực tiếp về kết quả, cƣờng độ tán xạ đƣợc chuẩn hóa bằng nồng độ chất tan c và giảm đối với nồng độ nhỏ để
Trong đó A2 đƣợc gọi là hệ số virial thứ hai mô tả sự tƣơng tác giữa các hạt, Rg là bán kính của hồi chuyển và K là hằng số quang
Nếu các hạt có kích thƣớc lớn hoặc tƣơng tác mạnh, các hiệu chỉnh phụ thuộc góc và nồng độ phải đƣợc xem xét, phát sinh từ yếu tố hình thái và cấu trúc.
Sử dụng phƣơng pháp tán xạ ánh sáng (LS) để xác định trọng lƣợng phân tử của κ- và ι-carrageenan đƣợc bức xạ, L.V. Abad và cộng sự [51] báo cáo trong kết quả rằng, tại liều bức xạ 25 kGy thì κ-carrageenan có trọng lƣợng phân tử gấp đôi so với ι-carrageenan, tƣơng ứng là 3,1x105 và 1,5x105 Da. Nhƣ vậy phƣơng pháp tán xạ ánh sánh là một phƣơng pháp tuyệt đối để xác định trọng lƣợng phân tử, trong khi đó với phƣơng pháp phổ GPC thì cần phải có một chất chuẩn đã biết.