Elektrophoretische Lichtstreuung (Electrophoretic Light Scattering, ELS)

In einem ELS-Experiment wird die Mobilität eines Partikels gemessen. Diese kann dann in Zetapotenzial umgewandelt werden, wenn einige physikalische Parameter der Probe bekannt sind, nämlich die Dielektrizitätskonstante, die Viskosität des Dispersionsmediums und die Henry-Funktion (F(Κa)).

Die Henry-Funktion ist das Verhältnis des Partikelradius zur elektrischen Doppelschichtdicke und wird oft bei einem unpolaren System mit 1,0 (Hückel-Näherung) oder bei einem polaren System mit 1,5 (Smoluchowski-Näherung) angegeben.

Durch die Umwandlung in Zetapotenzial ist ein besserer Vergleich von Materialien unter verschiedenen experimentellen Bedingungen möglich, während die Partikelmobilität genutzt werden kann, wenn die Umwandlungsfaktoren nicht genau definiert sind. 

In der Praxis wird eine Dispersion in eine Zelle mit zwei Elektroden eingeführt. An die Elektroden wird eine elektrische Spannung angelegt, und Partikel oder Moleküle mit einer Nettoladung, genauer mit einem Netto-Zetapotenzial, bewegen sich mit einer zu ihrer Ladung proportionalen Geschwindigkeit in Richtung der entgegengesetzt geladenen Elektrode.

Die Partikelmobilität und -richtung (daher das elektrische Vorzeichen) werden mit Hilfe der Phasenanalyse-Lichtstreuung (Phase Analysis Light Scattering, PALS) bestimmt.

Mit PALS wird die Phasendifferenz analysiert, die sich aus der Frequenzverschiebung (Dopplerverschiebung) des von der Probe gestreuten Lichts im Vergleich zu einem gegenseitig kohärenten modulierten Referenzstrahl ergibt, der nicht auf die Probe trifft. Durch die Kombination dieser beiden Strahlen entsteht aufgrund konstruktiver und destruktiver Interferenzen ein moduliertes Signal mit einer viel geringeren Frequenz als die Lichtquelle. Diese heterodyne Frequenz entspricht dem Frequenzunterschied zwischen Streu- und Referenzstrahlen und wird zur Bestimmung der Mobilität der Partikel verwendet. Mit der PALS-Methode können wir präziser auf kleinere Frequenzverschiebungen reagieren (bei Proben mit geringerer Mobilität) und direkt das Vorzeichen der Partikelladung bestimmen.

Praktische Überlegungen bei der Verwendung von ELS

Bei der Durchführung einer ELS-Messung müssen viele Faktoren beachtet werden. Bei Malvern Panalytical berücksichtigen wir all diese Faktoren, damit Sie die genauesten und präzisesten Messungen der Mobilität und des Zetapotenzials erhalten. 

Zu diesen gehören: 

• Einweg-Zeta-Potenzialzellen (DTS1070) zur Minimierung der Gefahr einer Kreuzkontamination Ihrer Proben
• Einzigartige M3-PALS-Analyse zur Erzeugung aussagekräftiger, präziser Zetapotenzialverteilungen bei gleichzeitiger Beseitigung der Auswirkungen der Elektroosmose 
• Konstanter Strommessmodus für Proben mit höherer Leitfähigkeit, um die Auswirkungen des Ladungs-Screenings zu reduzieren und eine konstante Feldstärke aufrechtzuerhalten
• Umfassende Bewertung der Zeta-Datenqualität innerhalb der Software, damit Sie die bestmöglichen Ergebnisse erzielen 
• Große Auswahl an erhältlichen Zeta-Zelltypen für komplexere und anspruchsvollere Proben 

Messungen der elektrophoretischen Lichtstreuung (ELS) können in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten in mehreren wissenschaftlichen und industriellen Bereichen eingesetzt werden.

Durch die Nutzung der Grundsätze der Lichtstreuung und Elektrophorese ermöglicht ELS die präzise Charakterisierung von Partikeln und Molekülen in Lösungen. 

Im Folgenden finden Sie einige der Hauptanwendungen, bei denen ELS-Technologie eine zentrale Rolle spielt.

ELS und dynamische Lichtstreuung werden häufig zur Bestimmung sowohl des Zetapotenzials als auch der Größe von Nanopartikeln verwendet.

Diese sind in verschiedenen Bereichen wie Nanotechnologie, Arzneimittelverabreichung und Materialwissenschaft von entscheidender Bedeutung, wo das Verständnis des Verhaltens von Nanopartikeln in Lösung für die Optimierung ihrer Leistung ausschlaggebend ist.

In der Biochemie und Biophysik nutzen Forscher elektrophoretische Lichtstreuung (Electrophoretic Light Scattering, ELS), um die Stabilität von Proteinformulierungen zu bewerten.

Diese Methode wird in der Arzneimittelentwicklung und der biopharmazeutischen Herstellung verwendet.

ELS liefert wertvolle Einblicke in die Stabilität kolloidaler Dispersionen durch die Messung des Zetapotenzials von Partikeln. 

Diese Daten sind besonders wichtig für Branchen wie Farben und Beschichtungen, Kosmetik sowie Lebensmittel und Getränke, da die Stabilität kolloidaler Systeme für die Produktqualität und Haltbarkeit in diesen von entscheidender Bedeutung ist. 

ELS wird zur Bestimmung des Zetapotenzials von Polymeren in Lösung verwendet. 

Dieses ist für das Verständnis der kolloidalen Stabilität von entscheidender Bedeutung, was wiederum in der Polymerwissenschaft und -technik für die Qualitätskontrolle, die Optimierung der Formulierung und das Verständnis des Polymerverhaltens unter verschiedenen Verarbeitungsbedingungen ausschlaggebend ist.

ELS findet in der Umweltwissenschaft Anwendung zur Analyse kolloidaler Systeme in natürlichen Gewässern, Böden und Sedimenten. 

Forscher verwenden ELS, um die Mobilität und das Verhalten kolloidaler Schadstoffe, Nanopartikel und Biomoleküle zu untersuchen und so die Umweltüberwachung und Risikobewertung zu unterstützen. 

ELS spielt eine Schlüsselrolle in der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung, da die Methode wichtige Daten zur Stabilität, Aggregationsneigung und Oberflächenladung von Arzneimittelformulierungen liefert. 

Damit können Pharmaunternehmen die Formulierungsparameter optimieren und die Sicherheit und Wirksamkeit von Arzneimitteln gewährleisten. 

ELS wird in der Agrar- und Lebensmittelindustrie zur Analyse der Stabilität und Qualität von Emulsionen, Suspensionen und kolloidalen Inhaltsstoffen eingesetzt. 

Durch die Überwachung der Partikelgröße und des Zetapotenzials trägt ELS zur Verbesserung der Produktstabilität, der Textur und der sensorischen Eigenschaften bei. 

In der biomedizinischen Forschung wird ELS zur Analyse biologischer Makromoleküle wie DNA, RNA und Viren verwendet. 

Forscher nutzen ELS, um molekulare Interaktionen, Konformationsänderungen und Aggregationsphänomene zu untersuchen und so Fortschritte in Diagnostik und Therapie zu ermöglichen. 

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