Измерение размера частиц и распределения витамина B1 по размерам с помощью Nanoptic 90 Plus

Витамин B1 (VB1), также известный как тиамин, имеет молекулярную массу 337,3 Da и легко растворим в воде. Это первый обнаруженный витамин, способный поддерживать в организме человека сахарный обмен и нервную проводимость.

Из-за довольно малого объема молекулы и низкой молекулярной массы эффект рассеяния VB1 очень слаб. Для измерения размера частиц таких маленьких молекул требуется превосходная чувствительность оптической системы динамического светорассеяния.

В данном случае Nanoptic 90 Plus (анализатор размера наночастиц) от Bettersize Instruments Ltd. будет использоваться для анализа размера частиц и распределения по размерам молекулы витамина B1. Как показано в таблице 1, были приготовлены растворы VB1 с различной концентрацией.

Температура измерения была установлена на 25 ± 0,1 °C с помощью встроенной системы контроля температуры. В качестве диспергатора использовалась вода с вязкостью 0,88 сП при 25 °C и показателем преломления 1,33. Поскольку частицы очень малы и эффект рассеяния крайне слаб, наличие примесей (например, пыли) может существенно повлиять на результаты теста. Поэтому образец должен быть предварительно очищен, и для его фильтрации использовался PES-фильтр с длиной волны 220 нм. Кроме того, объем исследуемого образца составлял около 1,5 мл. Длительность установления температурного равновесия для каждого образца составляла 120 с, и каждый образец измерялся не менее трех раз, чтобы можно было определить повторяемость и, следовательно, относительное стандартное отклонение результатов.

Рисунок 1. Корреляционные функции раствора VB1 при различных концентрациях

Корреляционные функции образцов VB1 в различных концентрациях были рассчитаны и получены из исходных рассеянных сигналов с помощью Nanoptic 90 Plus.

Из-за быстрого броуновского движения малых молекул скорость затухания корреляционных функций была очень быстрой, и корреляционные функции достигали базовой линии в течение 10 мкс, как показано на рисунке 1.

Для всех подготовленных образцов перехваты корреляционных функций распределялись в диапазоне 0,55-0,65, что свидетельствует о хорошем соотношении сигнал-шум. Хорошая повторяемость корреляционных функций свидетельствует о высокой чувствительности и стабильности оптической системы Nanoptic 90 Plus.

Рисунок 2. Распределение частиц VB1 по размерам при различных концентрациях

Результаты многократных измерений приведены в таблице 2. Nanoptic 90 Plus обеспечил очень хорошую воспроизводимость результатов измерений VB1 при различных концентрациях с точки зрения среднего размера частиц Z и PD.I. Измеренные размеры частиц были менее 1,0 нм для всех концентраций, и размер частиц немного уменьшался с увеличением концентрации. В чем причина уменьшения размера частиц при увеличении концентрации раствора VB1? Ответ заключается в том, что вязкость раствора VB1 увеличивается при повышении концентрации. Измеренный размер частиц уменьшается, поскольку молекулы VB1 с более высокой вязкостью диффундируют медленнее и совершают более медленное броуновское движение.

Таблица 2. Размеры частиц и коэффициенты распределения VB1 при различных концентрациях

В заключение следует отметить, что, как видно из экспериментальных результатов, система Nanoptic 90 Plus обеспечивает высоконадежные и воспроизводимые результаты определения размеров частиц даже для субнаночастиц размером до 0,5 нм с очень слабым эффектом рассеяния, поскольку она оснащена твердотельным лазером мощностью 50 мВт, высокочувствительным APD-детектором, одномодовой волоконной системой обнаружения и сверхскоростным многомодовым коррелятором. Таким образом, Nanoptic 90 Plus с беспрецедентной чувствительностью и нижним пределом диапазона измерений для очень маленьких частиц зарекомендовал себя как мощный анализатор размера частиц, использующий метод динамического рассеяния света.