پراش پرتو ایکس در زوایای کوچک SAXS

پراش پرتو ایکس در زوایای کوچک (SAXS)

پراش پرتو ایکس در زوایای کوچک (SAXS) روشی است که با آن تفاوت‌های دانسیته در مقیاس نانو در یک نمونه می‌تواند مشخص شود. این بدان معنا است که با استفاده از این روش می‌توان توزیع ذرات در مقیاس نانو، اندازه و شکل ماکرومولکول‌ها، اندازه حفرات و بسیاری اطلاعات دیگر را در نمونه‌ها تعیین کرد. این مزایا به وسیله آنالیز پراش الاستیک پرتوهای ایکس زمانی که از میان یک ماده عبور می‌کنند و ثبت پراش آن‌ها در زوایای کوچک (عموماً بین ۱/۰ تا ۱۰ درجه) حاصل می‌شوند. طول موج پرتوهای ایکس بین ۰۷/۰ تا ۲/۰ نانومتر می‌تواند متغیر باشد. وابسته به محدوده زاویه‌ای که در آن سیگنال پراش واضحی بتواند ثبت گردد، SAXS قادر است اطلاعات ساختاری از ابعادی بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر را ارائه دهد. USAXS (Ultra-small angle X-ray scattering) می‌تواند ابعاد بزرگتری را مورد ارزیابی قرار دهد زیرا هرچقدر زاویه ثبت پراش کوچکتر باشد، ابعاد بزرگتری از نمونه می‌تواند روبش شود.

SAXS و USAXS به خانواده‌ای از روش‌های پراش پرتو ایکس تعلق دارند که در تعیین ساختار مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مورد ماکرومولکول‌های زیستی همانند پروتئین‌ها، مزیت SAXS نسبت به بلورنگاری پرتو ایکس این است که نمونه بلوری در اینجا مورد نیاز نیست. روش‌های طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته با ماکرومولکول‌هایی با جرم مولکولی بزرگتر از ۳۰ تا ۴۰ کیلودالتون دچار مشکل می‌شوند. اما بررسی ماکرومولکول‌های زیستی در روش SAXS چه به صورت محلول و چه در حالت جامد امکان‌پذیر است.

کاربردهای SAXS

روش SAXS برای تعیین ساختار میکرومقیاس یا نانومقیاس سیستم‌های ذره‌ای به عنوان مثال برحسب میانگین اندازه ذرات، شکل و مورفولوژی ذرات، توزیع اندازه ذرات و نسبت سطح به حجم مورد استفاده قرار می‌گیرد. نمونه‌های مورد آنالیز می‌توانند جامد یا مایع باشند. همچنین این مواد می‌توانند حاوی زمینه‌ها (یا ذرات) جامد، مایع یا گاز از جنس آنالیت یا متفاوت با آن در هر ترکیبی باشند. نه تنها ذرات، بلکه ساختار سیستم‌ها منظم مانند لایه‌های نازک و مواد مشبک و متخلخل نیز می‌توانند مورد مطالعه قرار گیرند. این روش، دقیق، غیرمخرب و معمولاً نیازمند کمترین مراحل آماده‌سازی نمونه است. کاربردهای آن بسیار گسترده و شامل کلوئیدهایی از همه انواع، فلزات، سیمان، روغن، پلیمرها، پلاستیک‌ها، پروتئین‌ها، مواد غذایی و داروها می‌باشد و می‌تواند در تحقیقات و نیز در کنترل کیفیت مواد یافت شود. منبع پرتو ایکس می‌تواند یک منبع آزمایشگاهی یا نور سینکروترونی باشد که شار پرتو ایکس بیشتری فراهم می‌کند.

دستگاه‌های SAXS

در یک دستگاه SAXS یک شعاع تکفام پرتو ایکس به نمونه‌ای می‌رسد که برخی از پرتوها را پراش می‌دهد در حالی که بخش اعظم پرتوها به راحتی از درون نمونه بدون هیچ برهمکنشی با آن عبور می‌کند. پرتوهای ایکس پراشیده یک الگوی پراش را ایجاد می‌کنند که سپس در آشکارساز مشخص می‌شوند. آشکارساز معمولاً یک دتکتور تخت دوبعدی در پشت نمونه است که عمود بر راستای پرتو اولیه تابیده شده به نمونه قرار گرفته است. الگوی پراش حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار نمونه است. مهم‌ترین مسئله‌ای که در دستگاهوری SAXS باید مرتفع شود، جداسازی پرتوهای کم‌شدت پراشیده شده از شعاع قوی اصلی است. هر چه زاویه کوچکتری برای آنالیز مورد نظر باشد، این مسئله دشوارتر می‌شود. این مشکل دقیقاً مشابه این است که بخواهیم شیئی با پرتو اندک را در نزدیکی خورشید مشاهده کنیم (همانند مشاهده هاله تاج‌های خورشیدی). تنها اگر ماه منبع اصلی نور خورشید را مسدود کند، تاج خورشیدی قابل مشاهده می‌شود. به همین طریق، در SAXS نیز پرتو پراش نیافته که تنها از درون نمونه عبور کرده است، بدون مسدود شدن تابش‌های پراشیده بسیار نزدیک، باید مسدود شود. اغلب منابع پرتو ایکس قابل دسترس، پرتوهای واگرا تولید می‌کنند و این مطلب، مسئله را پیچیده‌تر می‌کند. در حقیقت این مسئله می‌تواند با متمرکز کردن شعاع تابیده شده به نمونه مرتفع گردد اما این کار زمانی که با پرتوهای ایکس سروکار داریم، ساده نیست و پیش از این به جز در مورد سینکروترون‌ها که آینه‌های خمیده بزرگ در آن‌ها قابل استفاده است، میسر نبود. به همین دلیل است که اغلب دستگاه‌های زاویه کوچک آزمایشگاهی متکی بر هم‌سوسازی (موازی‌سازی) هستند. دستگاه‌های SAXS آزمایشگاهی می‌توانند به دو گروه عمده طبقه‌بندی شوند: دستگاه‌های هم‌سوسازی نقطه‌ای و هم‌سوسازی خطی. دستگاه‌های نقطه‌ای برای تشخیص سیستم‌های غیرایزوتروپیک (الیاف و Sheared liquids) و دستگاه‌های خطی برای مواد نانوساختار ایزوتروپیک نظیر پروتئین‌ها، سورفکتانت‌ها، امولسیون‌ها و دیسپرسیون‌های ذره‌ای به کار می‌روند.

برخی از مهم‌ترین سازنده‌های دستگاه‌های SAXS در جهان عبارتند از: Anton Paar GmbH (اتریش)، Bruker AXS (آلمان)، Hecus X-Ray Systems Graz (اتریش)، PANalytical (هلند)، Rigaku Corporation (ژاپن)، Xenocs (فرانسه) و Saxslab (دانمارک).

 

با داروهای جدید در حوزه درمان بیماری اوتیسم بیشتر آشنا شوید…