使用静态光散射测定聚合物分子量

什么是静态光散射？

静态光散射（SLS）是一种利用高精度光子计数来测量粒径、分子量和其他结构参数的技术。常见的样品包括合成聚合物、纳米颗粒、生物分子和其他大分子。静态光散射使用外推法，通常对散射角度、浓度进行外推，在 Zimm 图中，同时对二者进行外推。

静态光散射与动态光散射（DLS）有何不同？

光子计数与自相关

使用这两种技术进行测量时，分子都处于运动状态，但 DLS 侧重于布朗运动引起的光强快速波动，而 SLS 则侧重于光子计数，从而实现对散射光时间平均强度的精确测量。DLS 和 SLS 提供的信息互为补充，但它们所依赖的基本原理截然不同。DLS 本质上是对运动或扩散速度的测量，然后通过斯托克斯-爱因斯坦方程将平移扩散系数D_T与流体动力学直径d_h相关联。相比之下，SLS 本质上是一种结构分析技术。

散射角

角度依赖性是静态光散射的核心特征。散射光的强度可以绘制为散射角 θ 或散射矢量 q 的函数。散射矢量（在小角散射文献中有时称为动量传递矢量）是 θ、光在真空中的波长 λ_o 和介质的折射率 n_i 的函数。

特定颗粒或聚合物的形态会产生一个描述其形状的几何函数。此函数（有时写作 P(θ) ）描述了散射光的角依赖性。对于纯液体和非常小的颗粒，在基于测角仪的静态光散射（SLS）实验的典型角度范围内，该函数项表现为常数。

静态光散射（SLS）的常规应用：

Zimm 图

Zimm 图是用于拟合 SLS 数据的最著名模型之一，也是测量聚合物分子量的经典方法。Zimm 方程要求进行角度和浓度依赖性的测量。这些数据可以通过广角激光光散射仪或多角度光散射仪获得。当样品大到表现出角度依赖性时，必须使用此方法。

Debye 图

对于较小的颗粒和低分子量聚合物，其角度依赖性极小，此时可将 Zimm 方程简化，仅需在单一散射角下进行测量。注意当旋转半径（R_g）大于约 20 纳米时，这种简化不再适用，因此应谨慎使用。

优点：Debye 图不需要多角度仪器。

缺点：随着分子量（M_W）或旋转半径（R_g）的增加，这种近似处理的误差会越来越大。