Dispersia Dinamică a Luminii

Introducere:

Dispersia dinamică a luminii este cunoscută şi sub numele de Spectroscopie prin corelare de fotoni. Această tehnică este una dintre cele mai populare metode de a determina dimensiunea particulelor. Propagarea unui fascicul de lumină, de exemplu un laser, într-o soluţie cu particule sferice în mişcare browniană produce un Efect Doppler atunci când lumina intră in contact cu particula în mişcare, modificând lungimea de undă a luminii incidente. Această modificare depinde de dimensiunea particulei. Este posibilă calcularea distribuirii dimensiunii sferei şi descrierea mişcării particulei în mediu, măsurând coeficientul de difuziune al particulei şi utilizând funcţia de auto-corelare.

Această metodă are mai multe avantaje: mai întâi, durata experimentului este scurtă şi este aproape total automatizată astfel încât nu este necesar un experiment extensiv pentru măsurătorile de rutină. Mai mult, această metodă are costuri de dezvoltare reduse.

Sistemele comerciale de „dimensionare a particulelor” operează în general numai dintr-un unghi (90°) şi utilizează lumina roşie (675 nm). De obicei, la aceste sisteme, dependenţa de concentraţie se neglijează. Utilizând echipamente experimentale mai sofisticate (proiector, sursă de lumină de undă scurtă), metodele se pot extinde în mod considerabil, dar devin şi mai complicate şi mai scumpe.

Deşi, în principiu, dispersia dinamică poate distinge dacă o proteină este mai mică sau mai obscură, este mai puţin exactă pentru deosebirea oligomerilor mici decât este dispersia clasică sau viteza de decantare. Avantajul utilizării dispersiei dinamice este posibilitatea de a analiza mostrele ce conţin distribuţii largi de specii de mase moleculare foarte diferite (de exemplu o proteină nativă şi diverse dimensiuni de agregaţi), şi dea detecta cantităţi foarte reduse de specii de masă mai mare (<0,01% în multe cazuri). Mai mult, nu există posibilitatea ca agregatele proteice să se piardă în

coloana cromatografică (o problemă comună în utilizarea SEC pentru caracterizarea agregaţilor), pentru că nu are loc nici o separare cromatică.

Mai mult, prin această tehnică se pot obţine măsurători ale diverşilor parametrii de interes, precum masa moleculară, raza de girare, constanta de difuziune translaţională şi aşa mai departe, totuşi, analiza poate fi dificilă pentru macromoleculele non-rigide. Altă limită este că peste zero grade Kelvin moleculele fluctuează (adică moleculele deviază de la poziţia lor medie).

Dispersarea luminii:

În conformitate cu teoria semi-clasică a luminii [Berne şi Pecora, „Dispersia dinamică a luminii” John Wiley, 1975], când lumina se loveşte de materie, câmpul electric al luminii induce o polarizare oscilantă de electroni în molecule. Astfel, moleculele asigură o sursă secundară de lumină şi ulterior dispersează lumina. Schimbările de frecvenţă, distribuţia unghiulară, polarizarea şi intensitatea luminii de dispersie sunt determinate de dimensiunea, forma şi interacţiunile moleculare din materialul de dispersie. Datorită acestui fapt, cu ajutorul electrodinamicii şi teoriei mecanicii statice ce în funcţie de timp, se pot obţine informaţii despre structură şi dinamică moleculară a mediului de dispersie prin caracteristicile de dispersie a luminii ale sistemului.

Diverse metode pot fi folosite pentru a studia dinamica sistemului cu mişcarea browniană, în funcţie de timpul fluctuaţiilor moleculare. Aceste metode sunt ilustrate în următoarea figură [Berne şi Pecora]