DLS (Фотонная корреляционная спектроскопия)

[Pasha]

Уважаемый Polychemist! По просьбе Eukar подключился к обсуждению темы. Извините, что сделал это … скажем так, небыстро. Так как по топику нет какого-либо summary, я просто надёргал из ваших постов вопросы и предлагаю на них свои ответы.

Сразу скажу, что я не волшебник, я только учусь, так что многое из того, что вы спрашиваете, сам хотел бы узнать, но тем не менее.

Сразу же задам самый главный вопрос: Я правильно понял, что вы НЕ МОЖЕТЕ получить от прибора автокорреляционную функцию(ACF)? Только распределения по коэффициентам диффузии и размерам?

Вы пишете про текстовый файл: ACF модет быть там, мы, собственно, оттуда её и берём, там же должны содержаться распределения по интенсивности и весовые (то, что в "распределением по обёму" называете)

1.Нет ли литературы (без чрезмерной математики), чтобы понять смысл данных, получаемых при рассеянии под разными углами. Прибор - Coulter N4
Сам я на такую вот книжицу облизываюсь (в некоторых независимых местах прочитал, что она считается на данный момент одной из наиболее признанных):
Dynamic Light Scattering: The Method and Some applications. Editor: Wyn Brown. (Contributors: A. Akasu, M. Mandel, G, Meier, T. Nicolai, A. Patkowski, R. Peters, D. Pine, P. Russo, K. Schatzel, M. Schmidt, P. Stepanek, C. Wang, D. Weitz.) Publisher: Clarendon Press, Oxford, 1993.

2. Насколько вообще применим метод к водорастворимым полимерам с размерами клубков 10-100 нм? Какие могут быть артефакты?
Вообще метод рассеяния света применим там, где объекты, рассеивающие свет, меньше половины длины. Тогда вы попадаете в режим релеевского рассеяния, и всё нормально. При увемичении размеров начинаются чудеса. У вас лазер скорее всего He-Ne, т.е. около 630 нм. Так что 100 нм – это вполне нормально для DLS.

Артефакты... Да их миллион в DLS... Мне, например, не нравится то, что Вы не фильтруете раствор на конечной стадии. И не понятно, можно ли убрать пыль (то, про что Eukar спрашивал - я такого в Ваших файлах не нашёл)

3. Стандартно народ ограничивается рассеянием под 90 град., хотя прибор позволяет и другие углы, начиная от 11. Что дают другие углы? Какую информацию можно извлечь из несовпадения результатов, выдаваемых софтом для разных углов?

Угловые зависимости могут дать очень ценную информацию. Дело в том, что интенсивность рассеяния для достаточно крупных частиц зависит от угла рассеяния: на малых углах она максимальна, при увеличении угла она уменьшается, и чем крупнее частица, тем быстрее спадает интенсивность рассеяния.

Таким образом получается, что на малых углах максимальный вклад в рассеяние вносят крупные частицы, а на больших углах вы «видите» более мелкие. Поэтому ваше несовпадение может быть объяснено наличием нескольких типов частиц и изменением их вкладов в рассеяние.

4. Моя проблема в том, что используемый прибор Coulter N4 сделан как бы для производственных операторов, т.е. в принципе софт считает по алгоритму CONTIN, принятому в этих делах, но практически не поддается управлению и дает только конечный результат в виде распределения по размерам. При этом в случае грубой обработки получается откровенный бред - размеры при 90 град порядка 300 нм (ожидалось 50), при меньших углах - за 1000, что не реально, ибо раствор кристально прозрачный. Фильтрование не помогает. При обработке по CONTIN получается два типа частиц - одни 2-3 мкм (бред), но их объемная доля за 90%, и другой тип реального размера, причем между разными углами есть даже некоторая сходимость. Вопрос: корректно ли послать подальше эти крупные объекты?
2-3 мкм - это, конечно, бред. Но чтобы понять, можно ли этим пренебречь, нужно видеть автокорреляционную функцию.

5. Не могут в случае высокомолекулярных полимеров в хорошем растворителе фиксироваться какие-то сегментальные движения частей клубка?
Про кооперативные моды слышал, про фиксирование отденьных сегментов - что-то как-то не приходилось.

6.Поли-1-винилимидазол, 0.005 М (0.047%), ММ 500 и 25 тыс., определены вискозиметрически, образцы фракционированы.
Кстати, к вопросу о кооперативных модах. Они могут появиться, если вы залезли за кроссовер. А тогда у вас будет вот что: у вас будут два (или более) динамических процесса, не имеющих никакого отношения к инфивидуальным чстицам, а ваш прибор будет считать, что у вас два типа частиц и будет давать два размера.

Это я к чему: раз Вы упомянули вискозиметрию, то я бы посоветовал вот что: посчитайте характеристическую вязкость раствора (экстраполяция концентрационной зависимости приведённой вязкости на нулевую концентрацию) и оцените оттуда точку кроссовера (она по порядку величины совпадает с обратной величиной приведённой вязкости). У Вас, конечно, растворы разбавленнные... но лучше убедиться, что растворы разбавленные.

7.После обработки данные представляются в двух форматах: по интенсивности или по объему. В чем разница и взаимосвязь? Если смотреть по интенсивности, то в целом получаются удовлетворяющие меня результаты, по объему - говорит, что большая часть вещества (90-99.9%) свыше 1 мкм.
Вот с этим я сам хочу разобраться. Разберусь - напишу. Сам я строю распределение по размерам, как показал Вик Саныч. Это было на дипломе, я тогда как обезьянка запомнил, а разобраться тогда не успел. А потом как-то и не касаля этого вопроса долгое время.

8.Все, кроме собственно растворов полимеров фильтрую через шприцевой фильтр 0.2 мкм. Растворы полимера центрифугирую, ибо по мнению тех, кому все-таки удавалось получать на агрегате чего-то адекватное (гидроксокомплексы алюминия) фильтрование частиц, имеющих некие размеры чревато потерей фракций и диссоциацией (у неорганики). Появление "слонов" с концентрацией и рН не коррелирует, более того, в параллельных измерениях одного образца вылазят через раз.
Я бы на Вашем месте всё-таки отфильтровал бы через фильтр, а потерю вещества при фильтровании можно легко оценить по оптической плотности раствора - наверняка же она в УФ в области 250 нм поглощает.

Резюме такое: конечно, судя по тем файлам, что мне переслал Eukar и судя по топику, вы не можете "играть" с настройками коррелятора, только косвенно задавать ожидаемые размеры и проч.

Обрезать распределения по размерам выше микрона - это просто обрезать результат обработки ACF, это немножко не то. Вот если бы вы могли оперировать с самой ACF.

Пожалуй, пока всё. если что - нибудь ещё надумаю (или навыспрашиваю) - расскажу.

[eukar]

Thanks, Pasha.

[Polychemist]

Pasha, спасибо за внимание к моему запросу.

Вытащил нечто типа АКФ, послал на eukar, посмотрите пожалуйста, - оно или не оно.

[Pasha]

Pasha, спасибо за внимание к моему запросу.

Вытащил нечто типа АКФ, послал на eukar, посмотрите пожалуйста, - оно или не оно.

Извините, опять я застрял с обратной связью, только добрались руки до Вашего файла... Лето в России, понимаете ли...

То, что Вы прислали, одновременно и похоже, и непохоже на автокоррелляционную функцию. Я так понял, что в файле выдаётся колонка времени, а потом 10 колонок непонятно чего (того, что нам хотелось бы называть автокорр.функцией).

Я усреднил эти 10 столбцов (в смысле - по 10 значений, относящихся к определённому времени), потом нормировал на значение при минимальном времени и в результате у меня получились вполне себе экспоненты, как и стоило ожидать. Если строить в логарифмическом времени, то получается, что там моноэкспоненциальное падение, т.е. указание на один тип частиц.

Однако при этом видно, что скорость падения там разная (т.е. коэффициент диффузии зависит от угла), что вообще-то говорит про несколько типов частиц. Такое в принципе может быть: если размеры несильно (менее, чем в 5 раз) различаются, то автокорр. функция выглядит как унимодальная. Но это всё на уровне предположений, потому как рассчитать распределение по коэфф. диффузии с использованием нашего софта мне не удалось: уж очень странные там значения.

Во-первых, значения эти не спадают до нуля на больших временах (в относительных величинах у меня получается падение от 1 до 0,8 ). Это непонятно, т.к. на таких больших временах, какие там меряются (вплоть до 0,01 - 0,1с) никакой корреляции быть не может. Функция должна выходить на ноль.

Во-вторых, абсолютные значения автокорр. функции (без нормировки) порядка 10Е+8 - это тоже само по себе непонятно. По определению автокорр. функция изменяется от 1 (в нулевой момент времени) до 0 (при стремлении t к бесконечности).

А то, что абсолютные значения от угла к углу изменяются (причём при увеличении угла (от 30 до 90) происходит уменьшение интенсивности), подсказывает, что функция эта связана с интенсивностью (у нас на коррелометре примерно такие величины и вылезают - на моих частицах я получаю величину интенсивности порядка 10Е+6 в отн.единицах). А это к автокорр. функции никакого отношения не имеет: это интегральная величина. Но если мы имеем дело с интенсивностью, то почему она уменьшается по экспоненте - мне это непонятно...

Не складывается, в-общем, у меня целостная картина на основе того, что Вы смогли мне прислать.

К сожалению, я не смог обработать эти данные на нашем софте - не понимаю, как корректно переделать файл, чтобы он его "видел", а все, кто мог бы помочь - в отпусках.

Не знаю, насколько Вам к спеху всё это, - просто боюсь, я сам уже ничем особо Вам помочь не смогу - только разве что обратиться к старшим. А те из отпусков только к сентябрю выйдут.

[Polychemist]

Спасибо за интерес и поддержку! Как я понимаю 10 колонок происходят от 10 repetition - повторных независимых съемок одного образца. Дело у меня шибко не горит, но вскоре собираюсь заняться вплотную, CONTIN скачал, скомпилировал в EXE, начну разбираться в его входном формате, возможно напишу какой-нибудь конвертер (опыт имеется). О результатах сообщу.