Lichtstreuung hat zwei Primärvarianten, statisch (MALS) und dynamisch (DLS), sowie zwei Primärmodi, batch und fraktioniert.
 

Einführung in die Theorie der Lichtstreuung

Die Lichtstreuung umfasst eine vielseitige Reihe von nicht-invasiven Techniken zur Charakterisierung von Makromolekülen und Partikeln in Lösung. Im Gegensatz zu den meisten anderen Methoden benötigt sie keine externen Kalibrierstandards. Es handelt sich bei der Lichtstreuung um eine absolute Messmethode.

Mit den Instrumenten von Wyatt Technology können zwei verschiedene Arten von Lichtstreumessungen zur absoluten Charakterisierung von Molekülen durchgeführt werden:

  • Mehrwinkel-Lichtstreuung (MALS), auch bekannt als Statische Lichtstreuung (Static Light Scattering, SLS) oder Klassische Lichtstreuung (Classical Light Scattering). Mit MALS wird die Intensität des gestreuten Lichts als Funktion des Winkels gemessen. Für Makromoleküle kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts, werden die Daten analysiert, um die molare Masse oder das Molekulargewicht Mw und den Gyrationsradius Rg zu bestimmen. Für bestimmte Klassen von Partikeln, deren Größe in der Nähe der Wellenlänge des einfallenden Lichts liegt, kann MALS Form und Struktur bestimmen.

    Über die Konzentrationsabhängigkeit der Intensität des Streulichtes ist es möglich, molekulare Wechselwirkungen als zweiten Virialkoeffizienten A2 für unspezifische Wechselwirkungen oder Gleichgewichtsdissoziationskonstante KD für unspezifische Wechselwirkungen zu quantifizieren.
  • Dynamische Lichtstreuung (DLS) ist auch bekannt als quasi-elastische Lichtstreuung (QELS) oder Photonen-Korrelations-Spektroskopie (PCS). Bei einer DLS-Messung werden zeitabhängige Fluktuationen im Streulichtsignal mit einem schnellen Photonenzähler gemessen. Mit DLS Messungen kann der Diffusionskoeffizient von Makromolekülen oder Partikeln bestimmt werden, woraus der hydrodynamische Radius berechnet wird.

Die Lichtstreuung ist eine Technik, die entweder im Batch-Modus ohne Fluss, z.B. in Küvetten oder im Chromatographie-Modus angewendet werden kann. Jede Technik hat ihre Vor- und Nachteile für die Charakterisierung der verschiedenen Eigenschaften eines Analyten. In dem Abschnitt Lösungen finden Sie weiterführende Informationen, um besser zu verstehen, wie die verschiedenen Techniken für unterschiedliche Charakterisierungsaufgaben eingesetzt werden.

Warum Lichtstreuung?

Obwohl absolute Molekulargewichte auch über Massenspektrometrie, Membranosmometrie oder Sedimentationsgleichgewichts-Messungen (Analytische Zentrifugation) bestimmt werden können, deckt nur die Lichtstreuung ein so breites Spektrum von Makromolekülen und ihrer oligomeren Zustände ab. Vor allem aber erlaubt die Lichtstreuung die Messung der Lösungseigenschaften von Makromolekülen. Während ein Sedimentationsgleichgewichtslauf 72 Stunden dauern kann, kann eine Größenausschlusschromatographie mit gekoppeltem Streulicht Detektor in deutlich weniger als einer Stunde abgeschlossen werden, und eine Batch-Analyse in wenigen Minuten. Diese vergleichsweise kurzen Laufzeiten in Verbindung mit der absoluten Bestimmung von molaren Massen, Größe und A2 machen die Lichtstreuung zur Methode der Wahl für die genaue und schnelle Charakterisierung von Makromolekülen.

Die Historie, und mehr

Eine historische Darstellung der Entwicklung der Theorie der Lichtstreuung mit dem Einfluss von ausgeschlossenen Volumenwechselwirkungen und Hyperverzweigungen wurde freundlicherweise von Prof. Walter Burchard zur Verfügung gestellt. Klicken Sie hier zum Download.

Danksagung

Wyatt Technology bedankt sich bei den folgenden Personen für die Verwendung von Materialien und Grafiken in diesem Theorieteil:

  • Dr. Ewa Folta-Stogniew von der Yale School of Medicine. Beispiele für die Theorie der Lichtstreuung, Analysen, Anwendungen und Beispielergebnisse finden Sie auf ihrer Website zur Lichtstreuung.
  • Dr. Eric R. Weeks in der Abteilung für Physik an der Emory University. Dr. Weeks hat die Brownsche Bewegungsanimation im DLS-Theorieteil erstellt. Um Informationen über seine Forschung und weitere faszinierende Bilder zu sehen, besuchen Sie bitte seine Website.