使用BeNano表征單糖分子的粒徑及其分布

關鍵詞：葡萄糖分子、蔗糖分子、粒徑、動態光散射

圖|蔗糖分子結構式和分子量

圖|葡萄糖分子結構式和分子量

    動態光散射技術的粒徑有效檢測下限涉及到儀器的光路設計、激光器功率、檢測器類型以及相關器的計算能力，一直以來受到用戶的關注。

    在以往的報道中，動態光散射的檢測下限經常通過一個小分子樣品驗證，其中蔗糖（分子量342.3 Da）和維生素B1（分子量337.29 Da）是常用的兩種小分子物質，其分子量都在300 – 400 Da之間。由于其分子量極低，散射極弱，并且相關曲線衰減速度極快，對于任何的動態光散射設備而言都是極大的挑戰。公開資料中尚無更低分子量的物質的動態光散射測試的結果。

    在這個應用報告中，使用丹東百特公司出品的BeNano 180系列納米粒度儀檢測了葡萄糖樣品，其分子尺寸相對于蔗糖和VB1更小，分子量僅為180.16 Da，其散射能力相對于蔗糖樣品更低，測試難度更大。

設備

    采用丹東百特公司的BeNano 180 納米粒度儀。BeNano采用納秒級別高速相關器，為小顆粒的快速衰減相關曲線提供充 足的短期相關計算范圍。

圖| BeNano 180 納米粒度分析儀

樣品制備和測試條件

    我們配置了不同濃度的葡萄糖和蔗糖溶液，具體樣品信息如下表：

    通過BeNano內置的溫度控制系統將測試溫度控制為25℃±0.1℃。每一個樣品進行至少三次測試，以檢測結果的重復性和得到結果的標準偏差。

粘度校正

    由于蔗糖和葡萄糖水溶液的粘度隨濃度改變，所以我們在測試之前校正了每個濃度下的粘度信息。我們將實測的粘度列于表1中。

測試結果和討論

    通過樣品的原始散射光信號，我們得到這些樣品的相關曲線和粒徑分布結果：

                              圖1. 10%葡萄糖溶液的相關曲線                                                                                        圖2. 10%葡萄糖溶液的光強分布曲線

                              圖3.  10%蔗糖溶液的相關曲線                                                                                                圖4. 10%蔗糖溶液的光強分布曲線

    通過相關曲線，可以看出小顆粒的相關曲線衰減速度極快，這是由于小顆粒樣品較快的布朗運動速度決定的。相關曲線的信噪比良好，具有較高的重復性。這說明了BeNano光路系統極高的靈敏度和穩定性。相關器強大的極短相關時間計算能力保障了小顆粒的相關曲線上足夠的信號點數量。

    將多次檢測的檢測結果列于下表中：

    通過圖1、圖3多次測試的相關曲線可以看出，蔗糖和葡萄糖溶液的相關曲線具有重復性極好的兩次衰減，這說明在這些溶液中至少穩定存在2種粒徑尺寸相差極大的組分。以往文獻的報道中，蔗糖溶液中存在大的蔗糖分子團聚物，這與圖4中粒徑分布相符合。

圖5. 歸一化的10%的蔗糖和葡萄糖的相關曲線

    將10%的蔗糖樣品和10%的葡萄糖樣品的相關曲線做歸一化處理，展現在圖5中?？梢悦黠@的看出，葡萄糖樣品的相關曲線的第一次衰減具有更快的衰減速度，這是因為葡萄糖分子更小，具有更快的擴散速度。

圖6. 10%的葡萄糖和蔗糖光強分布曲線疊加圖

圖7. 10%的葡萄糖和蔗糖體積分布曲線疊加圖

    圖6中將10%濃度下的蔗糖粒徑分布和葡萄糖粒徑分布放置于一張粒徑分布圖中進行比較?？梢钥吹綄τ谶@兩個樣品均存在一個1nm附近的粒徑峰，這個小分子峰對應于溶解較好的單分子的糖分子的貢獻。在100nm左右存在團聚物峰，這應該是對應于糖分子的團聚物貢獻。

    通過圖7體積分布曲線可以看出，溶液中大部分樣品為極小的單分子糖分子，團聚物的含量極低。

圖8. 10%的葡萄糖和蔗糖分布曲線疊加圖

    放大1nm左右的小分子峰，將坐標改為線性坐標，可以更詳細的洞察小分子粒徑的差別。圖8中，可以看到相對于蔗糖溶液的小分子峰，葡萄糖溶液的小分子峰粒徑分布范圍更低，這是由于葡萄糖分子相對更小造成的。

結論

    通過檢測結果，我們可以看到BeNano系統強大的檢測能力。其優異的光路設計，即使對于分子量180 Da這類散射光極弱的極小顆粒也能提供可靠且具有極高重復性的檢測結果，為動態光散射在極小顆粒的應用提供了有力的檢測工具。

關鍵詞：葡萄糖、蔗糖、粒度、納米粒度儀