哪种光散射检测器最适合我？

确定哪种 凝胶渗透/尺寸排阻色谱(GPC/SEC) 系统最适合您的需求可能是一个艰巨的任务。即使在您决定包含光散射检测器以获取绝对分子量数据之后，您仍然需要在两种选择之间做出选择：多角度光散射(MALS)检测器或正角和低角光散射检测器（RALS/LALS）。这两种光散射配置都可以提供样品的绝对分子量，但采用不同的方法实现这一共同目标。幸运的是，Malvern Panalytical提供了两者：可连接到OMNISEC、TDAmax或其他第三方系统的模块化SEC-MALS 20单元，以及在OMNISEC和TDAmax全包括GPC/SEC系统中的集成RALS/LALS检测器。在这篇文章中，我将讨论MALS和RALS/LALS检测器，并希望提供相关信息，帮助您确定哪种配置最适合您和您的应用。

首先，我们先回顾一下有关光散射理论的一些基本知识（有关静态光散射的详细讨论，请参见我们之前发布的关于该主题的白皮书）。光散射检测器工作的原因是分子散射的光的强度与其分子量直接成正比。分子量越大，散射光的强度越大。这种关系由下式Rayleigh方程强调，其中RΘ表示在给定角度Θ的散射光强度，而Mw是样品的分子量。

此外，散射光的观察角度也起作用。半径在10-15纳米或更小的相对小的样品被称为各向同性散射体，这意味着它们在各个方向上散射光的强度相同。这意味着在90°检测器处观测到的光的强度与在15°、45°、135°等角度放置的检测器处观测到的光强度相同。大于该10-15纳米范围的样品会受到干扰的影响，因为样品的尺寸足以在光达到检测器之前多次散射光。结果是大样品的散射光强度因观察角度而异。散射光强度的角度依赖性意味着可以根据检测器的放置位置来计算不同的分子量。为最小化干扰的影响，从实用的角度来看，从大样品中观察散射光强度的最佳角度是0°角。从实用的角度看，这是不可能的，因为检测器无法区分来自样品的散射光和来自入射光束的光。这个问题的解决方案——在0°角观察散射光强度——由MALS和RALS/LALS检测器配置表示。

MALS检测器通常配备三到二十个检测器，以不同角度围绕样品流动池配置。通常包括一个90°检测器，剩余的检测器角度范围可低至12°并高至168°。MALS检测器在不同角度测量散射光，拟合数据到模型，并外推到0°以确定样品的分子量。如果样品是各向同性散射体，那么每个数据点将代表相同的散射强度，外推到0°将是一条平线。如果样品大到足以显示角度依赖性，那么根据观察角度，散射光强度的变化将变得显著。下图是部分Zimm图，以展示这两种情况。

部分Zimm图显示MALS响应的各种角度（左：一个样品显示在所有角度上的各向同性散射强度相同；右：一个样品显示角度依赖性，通过图的斜率证明）

RALS/LALS检测器配置由90°和7°检测器组成，因其互补特性而被明智选择。对于半径为10-15纳米及更小的样品，90°检测器是理想的，因为它置于与入射光束正交的位置，最大化信噪比。由于小样品在各个方向上以相同的强度散射光，RALS检测器提供了直接测量样品分子量的理想响应。对于显示角度依赖性的半径大于10-15纳米的样品，LALS检测器在7°提供测量，这是最低检测器位置。7°的位置意味着检测器本质上直接测量样品的分子量，避免了任何拟合和外推的需要。值得注意的是，LALS检测器对所有尺寸的样品都是精确的，但是由于较低分子量小样品提供较低的散射光强度，RALS检测器由于其相对于入射光源的正交放置提供了更清晰的信号。

部分Zimm图显示分子量的直接测量；左：90° RALS响应以测量显示各向同性散射的样品；右：7° LALS响应以测量显示角度依赖性的样品

为了确定最适合您需求的光散射检测器，您需要考虑您的应用、所需获取的信息以及您的个人偏好。MALS和RALS/LALS检测器各有优缺点，可能在某些情况下比另一些更为适合，但好消息是，两者都可以提供准确的结果！

例如，如果您的主要分析目标是高分子量的相对大样品，那么MALS和RALS/LALS检测器配置都设计来处理样品中存在的整个分子量范围。然而，如果您主要分析的是小、低分子量的材料，那么RALS检测器将能够处理您大部分的分析。有一个互补的LALS检测器将确保您的样品中任何大的部分或潜在的聚集体都能被准确观察，即使它们在您的样品中浓度较低。MALS检测器可以确定正确的分子量，但由于所有检测器将观察到相同的散射光强度对于小的、各向同性的散射样品，多次获得相同的结果可能会显得多余。

上述示例通常发生在研究蛋白质的科学家身上。由于其结构的有序性，蛋白质是相对致密的分子，这意味着即使是高分子量种类也相对较小。即使分子量高至700 kDa的蛋白质也仅有10-12纳米的半径。高分子量但相对小的分子尺寸意味着蛋白质通常是各向同性散射体，理想情况下适合RALS/LALS检测器。在这种情况下，RALS检测器将是用于计算的主要检测器，而LALS检测器用于捕捉样品中的聚集体或较大成分。由于蛋白质通常是各向同性散射体，使用MALS检测器中的多个具有不同角度的检测器并无额外的好处。

为了说明这一点，通过使用RALS和MALS检测器测量了几个蛋白质的分子量。结果数据如下图所示，显然两种检测器都获得了相同的分子量。这证实了对于显示各向同性散射的样品，RALS检测器提供了与MALS检测器相同的结果。

使用RALS和MALS检测器计算的蛋白质分子量；分子量单位为kDa

如果您不仅对分子量感兴趣，还对分子尺寸感兴趣，那么MALS检测器提供了计算样品旋转半径（Rg）的能力。然而，有一个附加条件：这仅适用于半径大于10-15纳米的样品，因为Rg是从部分Zimm图中的角度依赖性斜率计算出的。如果样品是各向同性散射体，那么没有斜率，Rg无法确定。顺便说一下，通过将来自粘度计检测器的内在粘度（IV）数据与从光散射检测器获得的分子量数据相结合，可以确定样品小到几纳米的水动力学半径（Rh）。

此外，可能还有一些特定于应用的实际情况需要考虑。例如，如果您结合多个检测器，特别是用于UPLC应用，RALS/LALS检测器中较小的流动池可能是有益的。或者，如果您以前曾受到光散射池污染的困扰，您可能会发现特定的池体方向（如SEC-MALS 20中的垂直流动池）提供了额外的稳定性和可靠性。

当然，个人偏好在决定选择哪种光散射检测器时始终是一个因素。也许您一直使用MALS检测器，并对使用特定的外推模型进行分子量计算感到更舒适。或者也许您更喜欢RALS/LALS方法在分子量计算上的简单和直接性。或者也许您在预算内，想最大化仪器的价值。

我想快速评论一下这个最后的项目，因为这是每个人都能涉及到的问题。这些检测器单元的成本随着相应的单个光散射检测器的数量而增加。在RALS/LALS配置中有两个检测器；在SEC-MALS 20中有二十个，价格相应地变化。在MALS检测器中可用的角度范围内没有实际的缺点，但如上面关于各向同性散射体所讨论的，附加角度并不 总是 提供附加信息。

尽管它不是最具成本效率的途径，您甚至可以在同一系统上同时拥有MALS和RALS/LALS检测器，收集数据，然后在数据分析中决定使用哪一个进行计算。

希望我在这篇文章中提供了足够的信息，帮助您判断MALS或RALS/LALS检测器（或两者！）是否最适合您和您的应用。不管您选择哪一个，我们都能满足您的需求！

之前的文章:

• 购买Malvern Panalytical OMNISEC的附加值
• 什么是dn/dc值，为什么它对GPC/SEC很重要？
• 为什么我的粘度计信号会有负峰？
• 如果我有一个带光散射检测器的GPC/SEC系统，为什么还需要标准品？

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