动态光散射原理

温柔似野鬼°
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2021年02月11日 01:23
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2021年2月11日发(作者:中国女拳王)


动态光散射原理



动


态


光


散


射


Dyn amic Light Scattering (DLS)


,


也


称


光


子


相< /p>


关


光


谱


Phot on Correlation Spectroscopy (PCS)


,准弹性光散射


quasi-elastic scatter ing


,测


量光强的波动随时间的变化。


DLS


技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成


为纳米科技中比较常规的一种表征方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪 器


不仅具备测量粒径的功能,


还具有测量


Zeta


电位等的能力。


因此,


被广 泛地应用于描述各种各样的微粒系


统,包括合成聚合物


(


如乳液、


PVC


、等等


),


水包油、油包水型乳剂、囊泡、胶束、生物大分子、颜料、染

料、二氧化硅、金属溶胶,陶瓷和无数其他胶体悬浮液和分散体。



动态光散射


:


扩散的影响


< /p>


经典的光散射测得的是平均时间散射光强度,认为散射强度与时间没有关系,实际上光散射 强度是随


时间波动的,这是由于


检测点内不同的粒子发出的不同 的光波相干叠加的或


“


重合


”


的结果,这个物理现


象被称为


“


干涉


”


。


每个单独的散射波到 达探测器时建立一个对应入射激光波的相位关系。在光电倍增管


检测器前方的一个狭缝处 相互混合发生干涉。


光电倍增管检测器在一个特定的散射角


(9 0


度角的


DLS


模块

< br>)


处测量净散射量。



衍射(< /p>


Diffraction


)


又称为绕射< /p>


,


波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象


.


衍射现象是波的特有


现象


,


一切波都会发生衍射现象。


光的散射:


光束通过不均匀媒质时


,


部分光束将偏离原来方向而分散传播< /p>


,


从侧向也可以看到光的现象


,


叫做光的散射


.



悬浮 粒子不是静止的,而是不停行动或扩散的,这种无规则运动的过程称为布朗运动


(


由邻近的溶剂分


子碰撞引起的


)


。由于发射散射波的粒子在随时间波动,因此,每个阶段到达


PMT


探测器的散射波都是随


时间波动的。因为这些散射波在探测器里相互干涉 ,净散射强度也随时间波动。



为了更好的理解粒子分散和散射 强度中波动结果的相关性,我们假设只有两个悬浮粒子存在的简单情


况。如图

< p>
2


所示。检测器


(


远离散 射单元


,


针孔孔径


)


所检测到的净强度是一个只有两个散射波叠加的结果。


在图

2


中


,


我们定义了两个光路长度、


L1 = l1a + l1b


和


L2 = l2a + l2b


。


(


更准确地 说,


折射光折射率会影


响光程。


但为了 简单起见


,


我们假设折射率为


1.0< /p>


,这样光程


L1


和


L2


是就可以简化为图


2


所示


)


。


当两个粒


子所处 的位置恰好使两个散射波在到达探测器时


∆


L = L1 - L2


刚好等于激光的波长


λ


整数倍时, 两个散射


光波就会增强。这就是常说的


“


相长


”


干涉,在探测器内产生最大可能的强度。







图


2:


简化 的散射模型


:


两个扩散粒子









还有一种极端,

< br>你有可能发现两个粒子位置是这样的;


∆


L


等于半波长


λ


/ 2


的奇数 倍。


在这种情况下,


两个散射波到达探测器时彼此完全抵消。这 完全是


“


相消


”


干涉,由此产生的净强度为零。


随着时间的推


移,粒子的扩散 将导致探测器接收到的净强度在这两个极端值之间波动


——


就像 一个典型的


“


噪音


”

< br>信号。


如图


3


所示,为一个具有 代表性的总信号强度。当光程在受到半波长


λ


/ 2(


增加或减少


)


的影响时。信号强


度会在最大值和最小值之间变化。


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