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動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量粒子粒徑的基本原理

時(shí)間:2015-12-29 閱讀:7826
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動(dòng)態(tài)光散射Dynamic Light Scattering (DLS),也稱光子相關(guān)光譜Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,準(zhǔn)彈性光散射quasi-elastic scattering,測(cè)量光強(qiáng)的波動(dòng)隨時(shí)間的變化。DLS技術(shù)測(cè)量粒子粒徑,具有、快速、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為納米科技中比較常規(guī)的一種表征方法。隨著儀器的更新和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)光散射儀器不僅具備測(cè)量粒徑的功能,還具有測(cè)量Zeta電位等的能力。

 

動(dòng)態(tài)光散射的基本原理
1. 粒子的布朗運(yùn)動(dòng)Brownian motion導(dǎo)致光強(qiáng)的波動(dòng)
      微小粒子懸浮在液體中會(huì)無(wú)規(guī)則地運(yùn)動(dòng),布朗運(yùn)動(dòng)的速度依賴于粒子的大小和媒體粘度,粒子越小,媒體粘度越小,布朗運(yùn)動(dòng)越快。
 

2. 光信號(hào)與粒徑的關(guān)系
       光通過(guò)膠體時(shí),粒子會(huì)將光散射,在一定角度下可以檢測(cè)到光信號(hào),所檢測(cè)到的信號(hào)是多個(gè)散射光子疊加后的結(jié)果,具有統(tǒng)計(jì)意義。瞬間光強(qiáng)不是固定值,在某一平均值下波動(dòng),但波動(dòng)振幅與粒子粒徑有關(guān)。某一時(shí)間的光強(qiáng)與另一時(shí)間的光強(qiáng)相比,在極短時(shí)間內(nèi),可以認(rèn)識(shí)是相同的,我們可以認(rèn)為相關(guān)度為1,在稍長(zhǎng)時(shí)間后,光強(qiáng)相似度下降,時(shí)間無(wú)窮長(zhǎng)時(shí),光強(qiáng)與之前的不同,認(rèn)為相關(guān)度為0。根據(jù)光學(xué)理論可得出光強(qiáng)相關(guān)議程。之前提到,正在做布朗運(yùn)動(dòng)的粒子速度,與粒徑(粒子大?。┫嚓P(guān)(Stokes - Einstein方程)。 大顆粒運(yùn)動(dòng)緩慢,小粒子運(yùn)動(dòng)快速。如果測(cè)量大顆粒,那么由于它們運(yùn)動(dòng)緩慢,散射光斑的強(qiáng)度也將緩慢波動(dòng)。類似地,如果測(cè)量小粒子,那么由于它們運(yùn)動(dòng)快速,散射光斑的密度也將快速波動(dòng)。可以看到,相關(guān)關(guān)系函數(shù)衰減的速度與粒徑相關(guān),小粒子的衰減速度大大快于大顆粒的。后通過(guò)光強(qiáng)波動(dòng)變化和光強(qiáng)相關(guān)函數(shù)計(jì)算出粒徑及其分布。

 

3. 分布系數(shù)(particle dispersion index,PI)
    分布系數(shù)體現(xiàn)了粒子粒徑均一程度,是粒徑表征的一個(gè)重要指標(biāo)。       
< 0.05        單分散體系,如一些乳液的標(biāo)樣。
< 0.08        近單分散體系,但動(dòng)態(tài)光散射只能用一個(gè)單指數(shù)衰減的方法來(lái)分析,不能提供更高的分辨率。
0.08 - 0.7     適中分散度的體系。運(yùn)算法則的*適用范圍。
> 0.7         寸分布非常寬的體系,很可能不適合光散射的方法分析。

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