[發明專利]測量溶液中微小顆粒的結構的方法

在審

• 申請號: 201510427427.4
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN105277472A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: P·J·懷亞特
• 申請（專利權）人: 懷亞特技術公司
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;趙志剛

技術領域

背景技術

光散射技術已長期用作確定微小顆粒的尺寸且經常用作確定微小顆粒的結構的方法。出于本發明的目的，術語“微小顆粒”指代尺寸高達幾百納米的顆粒。這些顆粒中的大多數是納米顆粒，其進一步定義為尺度小于100nm的顆粒。當此類顆粒在溶液中時，通常從單分散分餾物(fraction)的集合進行測量。一般通過色譜分離方式(諸如通過不對稱流場流分餾法(A4F)、流體動力色譜法或尺寸排阻色譜法)實現單分散性。傳統上，通過被大致偏振并源自激光源的細光束照射小體積的分餾顆粒，以及隨后測量由此類顆粒散射到多個角度中的光來進行此類分餾顆粒的測量，諸如圖1所示。這些測量被稱為多角度光散射(MALS)測量。對于同質球體，一般通過最小二乘法將實驗數據擬合到經常被稱為“米氏理論”的洛倫茨散射理論。我們將此理論簡單稱為“洛倫茨-米”或LM理論。

假設的顆粒模型到所收集和實驗加權的數據的最小二乘法擬合用來推導最優對應模型參數(例如，尺寸、折射率等)，并由此推導單分散顆粒分餾物的測量值。

對于同質球體，應用LM理論及其廣義形式以包括其結構為球對稱的顆粒。然而，受關注的大多數顆粒不是球對稱的。當然，這意味著所收集的MALS散射數據將取決于顆粒相對于入射光方向的取向。在溶液中并且在許多顆粒對散射信號有影響的情況下，所收集的信號將表現平均總體取向。然而除球體之后，沒有結構可以不考慮取向而被擬合到所測量的散射數據。

為獲得此類顆粒的結構的一些測量值，經常采用重要近似。參考瑞利-甘斯(Rayleigh-Gans，R-G)近似，其主要應用于大分子研究。R-G近似始于每個顆粒由其每個相比于入射光的波長非常小的要素組成的假設。假設此類要素獨立地散射光。因此，由這些要素組成的顆粒的散射散射與入射到它上面的光具有相同偏振的光。因此，總的散射波包括每個要素的影響之和。然而，在波經過顆粒的每個散射要素時，響應入射電激勵，該散射要素由此根據單獨同相散射要素的疊加影響散射波的相位。

對于R-G近似的應用，存在兩個要求。第一，

|m-1|<<1，(1)

其中m＝n/n₀，n是顆粒的折射率，并且n₀是周圍介質的折射率，以及第二

2qa|m-1|<<1，(2)

其中并且n₀λ＝λ₀。方程(2)是向前散射波不明顯偏離未散射波，并且對于非常小的角度，不偏離瑞利-甘斯理論方程(1)的“幾乎不可見的”約束的事實的結果。

在該R-G近似中，可以獲得許多關注的結果，尤其是在包括通過液體色譜方式將顆粒大小分餾物分離的能力時，所述方式涉及測量各種重要散射顆粒、分子和它們的聚集體的尺寸和結構。例如，最多使用和最熟悉的結果是針對其精確解可以從原先討論的復雜LM理論獲得的半徑a的同質球體。強度I₀的入射垂直偏振光的每單位立體角的散射強度通過下式給出