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多角度光散射(MALS)检测器工作原理及性能特点(二)

2020.6.16

二、通过MALS测定分子量

 

顾名思义,MALS是对分子从多个角度进行光强度测量,而并非局限在单一角度。这些测量结果可用于建立散射光随入射角度变化的函数模型,从而推断出0°入射光时的散射光强度.

 

这种推断需要采用纪尼厄图(也常称作德拜曲线图)来完成。图1为瑞利比(Rayleigh ratio)图,即散射光强度值对入射光角度的函数曲线图。图中的y截距即为入射光在0°时的光散射强度,而Rg则可根据斜率计算得出。

 

图1:德拜图描绘了瑞利比作为sin2 (θ/2)的函数关系。y轴截距等于0°角下的瑞利比。

图1:德拜图描绘了瑞利比作为sin2 (θ/2)的函数关系。y轴截距等于0°角下的瑞利比。

 

最简单的MALS检测器仅在两个点上对散射光强度进行测量,这样的系统样品流量最小,样品保留时间也最短,并且由于结构简单而成为市面上最便宜的MALS检测器。不过,单凭两个角度的检测是难以建立起可靠的校正曲线的,尤其是当德拜曲线呈非线性的时候,而这种情况又比较常见。由于上述双检测点系统的数据外推质量和拟合度较差,因而在多数情况下这种检测系统的结果可靠性也较低。

 

现代MALS系统倾向于配备数量较多的检测点,最先进的系统多达20个。因此,它们能够拟合更加复杂的散射模式曲线,而不是简单的直线。这对入射角度较小的情况来说特别重要,因为入射角度较小时,非线性特性会对所测量的分子量值产生很大的影响。与双点检测产品相比,上述多点检测的系统能够测得更精确的分子量和Rg数据。在选择检测系统时,检测点的数量通常受到普遍的关注,但大家也应该认识到另外很重要的一点,就是尽管测量角度的增加使数据可靠推断的可能性大大加强,但入射角度较小时,检测器质量才是提高测量精度的最关键因素。

 

三、MALS检测器设计的发展

 

随着MALS系统内检测点数量的增加,仪器在技术上的要求就更为复杂。在检测系统的设计中,既要考虑能够容纳多个点检测,又要做到不降低信噪比,这一点至关重要。为此,制造商开发出一些替代配置,结合不同的小体积样品池设计及其它一些特点,极大提高了MALS技术的测量精度。

 

任何MALS系统都有一个基本特点,就是配有样品池,检测点对置于其中的样品进行测量。传统MALS系统采用横向样品池设计,这样,样品就会以水平方式流经检测点。入射的激光束通过样品池端部射入,并按照与样品流动相一致的方向穿过样品池。检测点被设计在流动相的同一平面上,并通过透镜将光线聚焦其上。

 

图2:传统MALS检测器采用横向样品池,样品沿入射光束同一平面进入该样品池。

图2:传统MALS检测器采用横向样品池,样品沿入射光束同一平面进入该样品池。

 

横向样品池设计可容纳多个检测点,但不一定具备小角度测量的最佳敏感度。对于这种结构,必须使用大样品池,以容纳更多数量的检测点。大样品池占用的体积会明显增加,并限制了检测点在低角度位置的可用物理空间。此外,由此造成的较浅入射角和折射角往往会使小角度测量的信噪比较差,从而降低测量精度。最后,由于不同流动相会引起折射率的变化,因此需要采用不同的透镜来对入射角和折射角进行校正。


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