动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量
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动态光散射基本原理及其在纳米科技中
的应用
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粒径测量
动态光散射
Dynamic
Light
Scattering
(
DLS
)
，也称光
< br>子相关光谱
Photon
Correlation
Spectroscopy (PCS)
，
准弹性光散射
quasi-
elastic scattering
，
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<
/p>
Zeta
电位、大分子的分子量等的
能力
。
（一）动态光散射的基本原理
1.
粒子的布朗运动
Brownian
motion
导致光强的波动
微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动
布朗运动的速度依赖于粒子的
大小和媒体粘度，
粒
子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。<
/p>
2.
光信号与粒径的关系
光通过胶体时，
粒子会将光散射
，
在一定角度下可
以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射
光子叠
加后的结果，
具有统计意义
（见
附件一
）
。
瞬
间光强不
是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子
粒
径有关
（见
附件二
）
< br>。
某一时间的光强与另一时间的
光强相比，在极短时间内
，可以认识是相同的，我们
可以认为相关度为
1,
在稍长时间后，
光强相似度下降，
时间无穷长时，光
强完全与之前的不同，认为相关度
为
0
（此原理见
附件三
）
。根据光学理论可
得出光强相
关议程
（见
附件四
）
。
之前提到，
正在做
布朗运动的粒
子速度，与粒径（粒子大小）相关（
Stokes
-
Einstein
方程）
。
大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。如果测
量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度
也将缓慢波
动。类似地，如果测量小粒子，那么由于
它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。
附件
五
显示了大颗粒和小粒子的相关关
系函数。
可以看
到，相关关系函数衰
减的速度与粒径相关，小粒子的
衰减速度大大快于大颗粒的。最后通过光强波动变化
和光强相关函数计算出粒径及其分布（见
附件六
）
。
3.
分布系数
(
particle
dispersion
index
,
PDI
)
分布系数体现了粒子粒径均一程度，
是粒径表征
的一个重要
指标。
< 0.05
单分散体系，如一些乳液的标样。
<
0.08
近单分散体系，
但动态光散射只能用一个
单指数衰
减的方法来分析，不能提供更高的分辨率。
0.08
-
0.7
适中分散度的体系。运算法则
的最佳
适用范围。