(感謝瑞士弗里堡大學阿道夫·梅克爾研究院的Kitty van Gruijthuijsen博士撰寫了本應用。)
DWS技術是一項用于研究少量渾濁樣品動力學性質的簡捷技術。而且,即便是透明的樣品,在添加合適的示蹤粒子之后,也能測量粘彈模量,這種應用我們通常稱之為DWS微流變技術。盡管用戶可以通過LSI公司提供的RheoLab儀器對樣品直接進行測試,但是眾多用戶通常還是會對如何制備樣品及實驗用標準品存在疑問。本應用為如何最優化制備樣品提供了一個指南,同時也對在DWS前散射模式測試中所用到的對照品如何制備給出了有益的建議。
DWS在測試渾濁樣品時:
擺在我們面前的問題是:
——在你要測試的體系中是否存在一種具有典型粒徑/尺度的散射體?我是否了解它們?
——連續相是什么?我是否知道它的粘度?
1. 選擇對照品
——樣品是否包含半徑在200-500納米間的分散性非常有限的粒子?溶劑是否是水?
如果答案是肯定的,那么,準備粒子的水懸浮液作為對照品溶液,濃度和樣品大致相同。
如果答案是否定的,那么請使用一種(商品化的)單分散性粒子水懸浮液,最好是該粒子和樣品提示中的散射體具備相近的尺寸和折光指數。
測量樣品的前散射光強。
稀釋對照品母液,當使用同一規格(厚度L)的樣品池時,其前散射光強和樣品的前散射光強基本一致即達到要求。
2. 選擇樣品池
將對照品放入儀器。
在儀器軟件Parameters Tab選項卡界面下,選擇New Calibration。
輸入包括溫度、示蹤粒子半徑、樣品池厚度等在內的測量參數。
在Measure tab選項卡界面下點擊Start。
——是不是出現了一個相關函數?樣品是否足夠獲得一個信號?
如果答案是否定的,請看下面紅色字體。
如果答案是肯定的,請讀取軟件測得的l*值。
——計算L/l*,看這個比值是否處于7到20的范圍之間?
如果答案是肯定的,那么你已經選擇了一款合適的樣品池,請開始試驗吧。
如果這個數值小于7,那么:
——能否增加樣品池的厚度?
如果答案是否定的,那么說明該樣品并不是足夠渾濁,并不適用于DWS儀器。你可以使用三維光散射儀進行表征。
如果答案是肯定的,那么請使用更厚一款的樣品池并重復以上步驟。
如果這個數值大于20,那么:
——能否降低樣品池的厚度?
如果答案是否定的,即L/l*大于20,還不算太糟,相關函數衰減會比較快。請按照第一小節調整樣品。
如果答案是肯定的,那么請使用更薄一款的樣品池并重復以上步驟。
——如果沒有相關函數生成,能否減小樣品池厚度?
如果答案是肯定的,請更換更薄一款的樣品池進行試驗。
如果答案是否定的,則該樣品無法測量L*,只可能得到一個定性的相關函數。
DWS用于光學微流變時:
擺在我們面前的問題是:
——你的樣品是透明的嗎?
不添加示蹤粒子看起來就渾濁的體系將導致散射光的多重貢獻,這將使解析數據變為不可能。
——連續相是什么?我是否知道它的粘度?pH值和離子強度是多少?
——你要測試的樣品是否富有電荷?
——你可以使用什么樣的示蹤粒子?尺寸、折光指數、表面化學性質、穩定性、溶劑分散穩定性如何?
——是否可以配置樣品的母液并通過示蹤粒子的母液稀釋至最終濃度?或者以后是否對混合物進行濃縮?
以下情況將不能進行試驗:
——示蹤粒子與樣品體系中的粒子/聚合物所帶電荷相反,這樣會發生共聚現象并從樣品體系中析出。
——在高鹽濃度下電荷穩定的示蹤粒子,濃度發生變化時,電荷會被屏蔽,粒子開始聚集。
——在母液pH值下電荷穩定的但是在樣品pH條件下會失去電荷的示蹤粒子。
——在某一種表面活性劑下穩定但該表面活性劑會和樣品互相影響的示蹤粒子。
——示蹤粒子在高分子鏈作用下空間穩定卻和樣品互相作用。
——示蹤粒子折光指數和樣品溶液非常接近。如果示蹤粒子折光指數和樣品溶液非常接近的話,那么就需要非常高濃度的示蹤粒子來確保多重散射,但是示蹤粒子的過高濃度就會影響樣品的特性。
需要指出的是:
——如果示蹤粒子比系統的典型尺度大,例如測定網狀聚合物的網格尺寸,DWS光學流變得到的信息與傳統的機械流變相同。
——如果示蹤粒子比系統的尺度小或者近似相等,是從粒子和體系之間的耦合作用會影響DWS信號。
——自然狀況下,膠體和聚合物在高濃度下不互溶,為了確保在測量的過程中體系充分混合,必須盡可能選擇更低濃度的示蹤粒子,在混合后馬上直接測定。
對照品&池子:
——通常,使用相同濃度的示蹤粒子
——對照品所使用的池子必須和待測樣品所使用的池子一致。
——如果信號衰減非常快,需降低示蹤粒子的濃度或更換更薄一款的池子。