多角度光散射（MALS）可对合成聚合物进行绝对分析。添加粘度计将提供更多功能。

聚合物

综述
绝对摩尔质量和大小
分支与构象
共聚物分析
Zimm 图
dn / dc 测量
粘度测定和 Mark-Houwink 分析
聚合动力学
纸浆和纸制品
多糖
生物降解
应用文摘
部分文献

第二次世界大战期间开发合成橡胶的动力促使人们首次进行了光散射理论和实践的研究，以表征溶液中的大分子。从那时起，光散射技术就发展成为由 Wyatt Technology 开发并不断完善的精密，坚固的仪器。合成聚合物的绝对分析，以确定分子量，大小，分支和构象仍然是多角度光散射的主要应用之一。

具有相同流体动力学体积的样品和参比聚合物同时从GPC色谱柱中洗脱，但分子量不同。 SEC-MALS 独立于洗脱时间确定聚合物摩尔质量。

HPLC Manager

绝对摩尔质量和尺寸

Agilent Stack 只有多角度光散射（MALS）才能确定非均相聚合物的绝对摩尔质量和尺寸分布，而与保留时间和分子标准品无关，并且与非理想的色谱柱相互作用无关。这是因为 MALS 直接根据第一原理测量分子量和均方根半径（又称回转半径）。您所需要的只是在线 MALS 检测器之前基于尺寸的分离的便捷方法。

将 DAWN MALS 检测器和 Optilab 折射率浓度检测器与您喜欢的尺寸排阻色谱（SEC）或凝胶渗透色谱（GPC）系统耦合，以创建用于聚合物的 SEC-MALS 绝对表征工具。 Wyatt 检测器可与所有主要供应商的 HPLC 系统连接。

对于更高级的分离功能，请考虑与 MALS 检测器 - FFF-MALS 耦合的场流分离的优势。 Wyatt 的 Eclipse DualTec和Eclipse AF4 FFF 系统在 1 ~ 1000 nm 的大小范围内将纳克分离为毫克，而没有剪切或不理想的色谱柱相互作用。

分支

聚合物支化的设计和控制允许创建具有新颖的机械，热学和流变学性质的合成材料。评估所有类型聚合物中支链的最可靠方法是多角度光散射，例如 Stepan Podzimek 博士在文章 “Branching Revealed: Characterizing Molecular Structure in Synthetic and Natural Polymers by Multi-Angle Light Scattering”所述（浏览应用文摘和网络研讨会）。

支化比是通过摩尔质量和尺寸之间的关系确定的；两者均通过与尺寸排阻色谱法（SEC-MALS）或场流分级分离（FFF-MALS）耦合的多角度光散射同时独立确定。半径小于10 nm的分子需要使用 ViscoStar® 差示粘度计来确定尺寸，或者需要将嵌入MALS检测器中的 WyattQELS 动态光散射模块用于尺寸测量。

linear vs branched polystyrene conformation plots

Figure 1. Analysis of branching by comparing conformation plots of linear and branched polystyrene.

尽管 SEC-MALS 适用于多种聚合物，但使用 Eclipse DualTec 或 Eclipse AF4 的 FFF-MALS 相对于 SEC 具有许多优势。对于某些大型，高度支化的聚合物，它们会从 SEC 色谱柱中异常洗脱出来，因此必须进行基于 FFF 的分离。

radius v. elution plot

Figure 2. RMS radius vs. elution volume plot of acrylic copolymer. Separation by SEC-MALS exhibits abnormal elution (non-monotonic in molar mass).

branched polystyrene sec-mals and fff-mals

Figure 3. FFF-MALS (plotted in blue) overcomes abnormal elution and anomolous conformation plots exhibited by certain large, highly branched polymers in SEC-MALS (plotted in red).

构象

即使聚合物没有分支，有关构象的信息也可在摩尔质量和尺寸之间的关系中得到，或者在均方根半径 R_g 与流体动力学半径 R_h 之比之间可获得。

Figure 4. Polystyrene, PMMA, cellulosic rods and hyaluronic acid exhibit different slopes corresponding to different conformations.

Figure 5. Theoretical relationship between mass and radius for different conformations.

共聚物分析

共聚物通常不适合标准 GPC 分析，因为没有参考标准样品可用于表示洗脱时间与摩尔质量的关系。即使使用标准的 SEC-MALS，也很难甚至不可能分析共聚物的非均质分布，因为通常 dn / dc – 一种取决于化学成分而不取决于聚合物结构的性质，以及 MALS 中的必要参数分析 – 的不确定会导致整个色谱图变化莫测。

然而，可以通过三重检测系统进行 SEC 分析：SEC + UV - MALS - RI。或者在某些情况下将使用 SEC + NIR - MALS - RI 组合，当两种聚合物组分对色谱柱的响应显着不同。且表现出两个浓度信号。在这种情况下，ASTRA® 软件从两个不同的浓度检测器（紫外线和折射率RI，或近红外 NIR 和 RI ）获取浓度数据。 RI 是通过 Optilab 差示折光仪测量的，MALS 是通过 DAWN 多角度光散射检测器测量的，UV 或 NIR 是通过第三方在线检测器测量的。

Figure 1. Plots of styrene fraction versus molar mass for copolymers of styrene-butyl acrylate prepared by emulsion polymerization. The feed styrene fraction: 23%, 48% and 73%.

给定已知的聚合物对两种浓度检测信号中每一种的响应，可以计算两种浓度的比值。将该信息与 MALS 信号结合起来，确定配合物中每种聚合物的摩尔质量。因此，在每个洗脱时间，该分析提供了共聚物中每种成分的总摩尔质量以及总摩尔质量。

Zimm 图

一些聚合物太脆而无法通过凝胶渗透色谱（GPC）色谱柱，例如从不稳定金属上解离的大配体可能会影响实验结果。同时，有一些物质，例如大的PMMA分子，对于GPC可能太大，无法检测。对于这些材料仍然可以通过单机 MALS 进行表征，该单机 MALS 决定了重均分子量 M_w 和 Z-平均均方根半径R_g,z。要准确确定这些值，需要进行“ Zimm 图”分析，即测量光散射强度与角度和浓度的函数关系，而无需分离。

制作 Zimm 图的传统方法包括手动准备一系列浓度不断增加的等分试样。使用单机处理转换套件在样品瓶中进行单机 MALS 测量。或者，在 Batch Conversion Kit 方法中，将等分试样注入 MALS 流通池中。无论哪种情况，ASTRA software 软件都会通过所有角度和浓度对单个光散射方程的全局拟合来分析数据。结果包括M_w，r_g,z和指示溶质-溶质和溶质-溶剂相互作用的第二维里系数A₂。

几种制作 Zimm 图的便捷方法是利用自动化技术从单一储备溶液中创建一系列稀释液，然后将样品注入 MALS 和 RI 流通池中，自动获取浓度和光散射数据并计算这三个参数。可以使用< a href="/zh-hans/products/instruments/calypso-ii-label-free-biomolecular-interactions.html">Calypso 成分梯度系统或通过对具有大进样环的自动进样器进行编程来执行此自动化操作。

示差折光率测定

差分折射率 dn / dc 量化了溶液的折射率随分析物浓度的变化。至少有三种方法可以测量聚合物样品的 dn / dc：

为了使用差示折光仪通过 GPC 在线测量浓度 --- dn / dc 代表仪器的响应程度
分析 MALS 数据需要了解 MALS 波长下的 dn / dc
如果两种单体的 dn / dc 值明显不同，则可以估算出共聚物溶液中每种单体的比例

借助于 WISH 注射模块，可以在 Optilab® 示差折光仪上轻松进行dn / dc的手动测量。可以通过将 Optilab 与 Calypso® 成分梯度系统结合使用来进行自动测量。

SEC - IV 和通用校准

SEC - IV 利用特性粘度和经验确定的 Mark-Houwink 参数确定聚合物的摩尔质量。 Mark-Houwink 参数取决于聚合物，溶剂和构象。

尽管不像 SEC - MALS 那样严格，通用校准（UC）通常用于分析线性聚合物的分子量。 UC 通过在色谱柱上的保留时间确定流体动力学体积，并根据流体动力学体积与特性粘度的比值计算每个洗脱体积的摩尔质量（此分析不如 SEC-MALS 准确，因为它忽略了非理想样品柱的可能性互动，并要求与流动相兼容的参考标准）。

ViscoStar 在线差示粘度计和 Optilab 示差折光仪与 ASTRA 软件协同工作，可通过 SEC - IV 或 UC 分析聚合物样品的摩尔质量和特性粘度分布。

当聚合物和溶剂的折射率紧密匹配时，这些技术特别有用，因为它不会散射大量的光 (dn/dc~0) ，因此使聚合物基本上不可见。

测量 Mark-Houwink 参数

对于给定类型的聚合物，摩尔质量与特性粘度之间的关系（表示分子构象）由 Mark-Houwink 参数描述。可以通过两种方式获得此值：

通过纯粘度法，使用 UC 表征摩尔质量和特性粘度。
通过 SEC - MALS - IV - RI 测量，其中摩尔质量由 DAWN® MALS 检测器和 Optilab 的组合确定，而特性粘度由 ViscoStar® 和 Optilab 确定。分析在 ASTRA® 软件中进行。

反应和降解的动力学

由于光散射强度与摩尔质量成正比，因此它是监测聚合反应进程的一种极好的手段。多角度光散射的角度依赖性表明了附加诊断的尺寸，而动态光散射可用于进一步的表征。

当反应时间明显长于进行分离所需的时间（通常为30分钟）时，表征聚合过程的理想方法是定期从反应容器中取出等分试样，并通过 SEC-MALS 进行分析。较短时间的反应必须以单机（未分级）模式进行评估，该模式应提供平均摩尔质量和大小，而不是平均分布。 Calypso 组成梯度系统是将多组分溶液制备，混合和注入 MALS 系统（例如 DAWN ）的便捷方法。

木材、纸浆和纸制品

来自木浆和类似天然来源的生物聚合物带来了一些有趣的分析挑战。

木质素

木质素容易吸收激光和荧光。这两种现象都会导致对摩尔质量和尺寸的错误测量，除非仪器和软件能够克服这些误差来源。DAWN 在探测器上提供了可选的红外激光和窄带滤光片，以最小化总荧光和到达探测器的数量。此外，DAWN 的“ Forward Monitor ”探测器测量样品的激光吸收，以允许 ASTRA 软件校正测量的摩尔质量。

纤维素

纤维素会形成巨大的棒状纳米晶体。虽然标准 GPC 可能无法容纳它们，但是 Eclipse™ DualTec™ 很容易将它们分开，然后用 DAWN 和 WyattQELS 集成动态光散射模块测量下游。从摩尔质量对尺寸的依赖性来评估纳米晶体的形状，然后反馈到分析中以提高质量和尺寸分布的准确性。

肝素

肝素是凝血链的重要组成部分，需要仔细、完整的表征。光散射提供了几种方法：

带有 DAWN® 多角度光散射检测器和 Optilab 示差折射率检测器的 SEC-MALS，用于绝对摩尔质量和尺寸分布
使用 Mobius™ 自动进行电泳光散射，以评估带电杂质，例如超硫酸化肝素（硫酸软骨素
具有 Calypso® 和 DAWN 的成分梯度MALS，用于研究蛋白质与肝素的结合

羟乙基淀粉（HES）

HES 是一种基于多糖的血液替代品，由玉米和马铃薯原料制成。这两种来源导致 HES 具有不同的构象，这是由于分支程度不同而引起的。 SEC-MALS 不仅可以独立于构象确定准确的分子量，还可以对构象和支化比进行定量分析，以更深入地了解这两种 HES 过程。如 Karyakin 等人所述，SEC-MALS 是 HES 质量控制的重要组成部分。

生物降解

光散射是评估生物聚合物由于暴露于热，光，高或低 pH 值以及其他刺激而降解的一种极好的方法。

聚集和分散

一些常见的生物降解形式是聚集和断裂，通过 SEC-MALS 可以很容易地表征它们的含量。在暴露于环境或化学应力之前或之后，只需简单提取生物聚合物样品的等分试样，然后注入合适的 GPC 色谱柱中，然后进行 MALS 和 dRI 检测。该分析可以提供量化降解的几种方法，例如 M_n, M_w和M_z 的变化分别代表样品的数均分子量，重均分子量和 z-平均分子量。生物降解还可能导致分子构象变化，这在 SEC-MALS 中以均方根半径 R_g 与分子量之比表示。

颗粒形成

生物降解的另一种表现形式是颗粒的形成或分解。为了快速评估纳米粒子的数量，DLS 是理想的选择，只需很少的样品和很少的时间即可完成测量。尽管可以通过 DLS 准确测量单分散颗粒的大小，但粒度分布往往比定量分布更具定性。 FFF-MALS 提供了更全面的分析，该分析以优异的分辨率分离了可溶和不溶成分，因此可以通过下游光散射检测器进行分析。

动力学

尽管很慢的过程适合通过反应容器中的定期采样进行 SEC-MALS 分析，但单机 MALS，单机 DLS 和 CG-MALS 提供了替代方法来分析更快反应的动力学。

如果在引发反应，混合和移液至比色杯之间有足够的时间，则可以使用单机 MALS 或单机 DLS。 Calypso 可以在几秒钟的停滞时间内自动执行此操作。