分子量

分子量の原理

動的光散乱では、粒子からの散乱光強度の時間変化を解析することで、粒子のブラウン運動の速度を計測し、粒子径を測定しました。これとは対照的に、散乱光強度の時間平均から粒子や分子の分子量を計測する、静的光散乱（Static Light Scattering、SLS）という手法があります。静的光散乱の中にもいくつか手法が分かれていますが、ここではその中のデバイプロット法を用いた分子量測定について説明します。

デバイプロット法では、サンプルの濃度を変えながら、ある一つの検出角度における散乱光強度を計測します。散乱光強度と分子量Mはレイリーの理論で関係づけられています。

$\frac{K{\cdot}C}{R_a}=\frac{1}{M}+2A_2$

光学定数K、サンプル濃度C、レイリー比R_a、第2ビリアル係数A₂

光学定数Kは下式で定義されています。

$K=\frac{2π^2n^2}{N_A{\lambda}^4}\left(\frac{{\partial}n}{{\partial}c}\right)^2$

分散媒の屈折率n、アボガドロ定数N_A、レーザー波長λ、サンプルの示差屈折率∂n/∂c

縦軸にKC/R_a、横軸に濃度Cのプロット（デバイプロット）を行うと、切片の逆数から分子量を測定することができます。

分子量に加え、デバイプロットの傾きから第2ビリアル係数A₂も算出されます。 A₂は分子と溶媒の親和性度合いを表し、A₂の値が小さいほど親和性が低いため、分子間の引力が強い状態を表します。
測定方法は、サンプルの濃度を変えながら散乱光強度を計測するというシンプルな内容ですが、この手法を用いることで分子量を測定することができます。

ナノ粒子解析装置 nanoPartica SZ-100V2と典型的な測定例

nanoPartica SZ-100V2の光学系を下図に示します。セル中の試料にレーザーを照射し、散乱角90°に配置した側方検出器（PMT）で散乱光を検出します。