使用BeNano表征单糖分子的粒径及其分布

关键词：葡萄糖分子、蔗糖分子、粒径、动态光散射 342.3Da蔗糖分子结构式和分子量  180.16 Da葡萄糖分子结构式和分子量动态光散射技术的粒径有效检测下限涉及到仪器的光路设计、激光器功率、检测器类型以及相关器的计算能力，一直以来受到用户的关注。在以往的报道中，动态光散射的检测下限经常通过一个小分子样品验证，其中蔗糖（分子量342.3 Da）和维生素B1（分子量337.29 Da）是常用的两种小分子物质，其分子量都在300 – 400 Da之间。由于其分子量极低，散射极弱，并且相关曲线衰减速度极快，对于任何的动态光散射设备而言都是极大的挑战。公开资料中尚无更低分子量的物质的动态光散射测试的结果。在这个应用报告中，使用丹东百特公司出品的BeNano 180系列纳米粒度仪检测了葡萄糖样品，其分子尺寸相对于蔗糖和VB1更小，分子量仅为180.16 Da，其散射能力相对于蔗糖样品更低，测试难度更大。设备采用丹东百特公司的BeNano 180 纳米粒度仪。BeNano采用纳秒级别高速相关器，为小颗粒的快速衰减相关曲线提供充足的短期相关计算范围。样品制备和测试条件我们配置了不同浓度的葡萄糖和蔗糖溶液，具体样品信息如下表：表1. 葡萄糖和蔗糖样品信息序号溶液浓度溶液粘度 mp.s/cp蔗糖10%1.25葡糖糖10%1.15通过BeNano内置的温度控制系统将测试温度控制为25℃±0.1℃。每一个样品进行至少三次测试，以检测结果的重复性和得到结果的标准偏差。粘度校正由于蔗糖和葡萄糖水溶液的粘度随浓度改变，所以我们在测试之前校正了每个浓度下的粘度信息。我们将实测的粘度列于表1中。测试结果和讨论通过样品的原始散射光信号，我们得到这些样品的相关曲线和粒径分布结果：图1. 10%葡萄糖溶液的相关曲线图2. 10%葡萄糖溶液的光强分布曲线图3. 10%蔗糖溶液的相关曲线图4. 10%蔗糖溶液的光强分布曲线通过相关曲线，可以看出小颗粒的相关曲线衰减速度极快，这是由于小颗粒样品较快的布朗运动速度决定的。相关曲线的信噪比良好，具有较高的重复性。这说明了BeNano光路系统极高的灵敏度和稳定性。相关器强大的极短相关时间计算能力保障了小颗粒的相关曲线上足够的信号点数量。将多次检测的检测结果列于下表中：表2. 蔗糖和葡萄糖的粒径结果样品名称平均粒径（d.nm）10%蔗糖11.86±0.9310%葡糖糖0.81±0.06通过图1、图3多次测试的相关曲线可以看出，蔗糖和葡萄糖溶液的相关曲线具有重复性极好的两次衰减，这说明在这些溶液中至少稳定存在2种粒径尺寸相差极大的组分。以往文献的报道中，蔗糖溶液中存在大的蔗糖分子团聚物，这与图4中粒径分布相符合。图5. 归一化的10%的蔗糖和葡萄糖的相关曲线   将10%的蔗糖样品和10%的葡萄糖样品的相关曲线做归一化处理，展现在图5中。可以明显的看出，葡萄糖样品的相关曲线的第一次衰减具有更快的衰减速度，这是因为葡萄糖分子更小，具有更快的扩散速度。图6. 10%的葡萄糖和蔗糖光强分布曲线叠加图图7. 10%的葡萄糖和蔗糖体积分布曲线叠加图图6中将10%浓度下的蔗糖粒径分布和葡萄糖粒径分布放置于一张粒径分布图中进行比较。可以看到对于这两个样品均存在一个1nm附近的粒径峰，这个小分子峰对应于溶解较好的单分子的糖分子的贡献。在100nm左右存在团聚物峰，这应该是对应于糖分子的团聚物贡献。通过图7体积分布曲线可以看出，溶液中大部分样品为极小的单分子糖分子，团聚物的含量极低。图8. 10%的葡萄糖和蔗糖分布曲线叠加图放大1nm左右的小分子峰，将坐标改为线性坐标，可以更详细的洞察小分子粒径的差别。图8中，可以看到相对于蔗糖溶液的小分子峰，葡萄糖溶液的小分子峰粒径分布范围更低，这是由于葡萄糖分子相对更小造成的。结论通过检测结果，我们可以看到BeNano系统强大的检测能力。其优异的光路设计，即使对于分子量180 Da这类散射光极弱的极小颗粒也能提供可靠且具有极高重复性的检测结果，为动态光散射在极小颗粒的应用提供了有力的检测工具。