Grundlagen der Elektrophoretischen Lichtstreuung

Elektrophorese ist die Wanderung von Makromolekülen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Die elektrophoretische Mobilität µ_E ist definiert als:

(1)

wobei v die elektrophoretische Geschwindigkeit der Partikel und E das angelegte elektrische Feld ist. Bei Beleuchtung mit einem Laserstrahl verursachen die wandernden Partikel eine Doppler-Verschiebung des Streulichts, wie unten dargestellt. Das gestreute Licht kann je nach Richtung der Partikelwanderung rot- oder blauverschoben sein. Der Mobius^™ misst die Dopplerfrequenzverschiebung Δf des Streulichts, die mit v in Beziehung steht durch:

(2)

wobei:

c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist.
n₀ ist der Brechungsindex des Lösungsmittels.
f ist die Frequenz des einfallenden Lichts.

Obwohl die Dopplerverschiebung Δf im Vergleich zur Lichtfrequenz winzig ist (Δf/f < 0.000000000001!), bestimmt der Mobius die Verschiebung mit hoher Genauigkeit, indem er das Interferenzmuster zwischen dem gestreuten Licht und dem Referenzstrahl in der einzigartigen MP-PALS-Konfiguration misst. Durch die gleichzeitige Erfassung von Signalen aus mehreren Winkeln mittelt MP-PALS fällt der Effekt der Partikeldiffusion weg und liefert so robuste Messungen, die sonst bei der Messung der Mobilität von kleinen und schwach streuenden Partikeln wie z.B. Proteinen nur schwer möglich ist.

Dank des DLS-Moduls im Mobius kann der hydrodynamische Radius R_h der Partikel gleichzeitig mit der Mobilität gemessen werden, um die molekulare Debye-Hückel-Henry-Ladung Z_DHHe des Partikels über die Gleichung 3 zu berechnen:

(3)

wobei η die Lösungsviskosität, κ die inverse Debye-Länge und f₁(κ R_h) die Henry-Funktion* ist.

Das Zetapotenzial ζ ist ein weiterer Parameter, der aus der gemessenen elektrophoretischen Mobilität abgeleitet werden kann. Im Grenzfall, in dem der hydrodynamische Radius viel größer als die Dicke der ionischen Doppelschicht ist, wird die Smoluchowski-Gleichung verwendet:

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wobei ε_r die Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels und ε₀ die Permittivität des Vakuums ist.

Wenn R_h viel kleiner als die Doppelschichtdicke ist, wird stattdessen die Hückelsche Gleichung verwendet:

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Literatur
* Tanford, C. Physical Chemistry of Macromolecules; Wiley: New York, 1961.