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  • 發布時間:2021-07-11 20:35 原文鏈接: 光散射光譜法是什么意思

    動態光散射Dynamic Light Scattering (DLS),也稱光子相關光譜Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,準彈性光散射quasi-elastic scattering,測量光強的波動隨時間的變化。DLS技術測量粒子粒徑,具有準確、快速、可重復性好等優點,已經成為納米科技中比較常規的一種表征方法。隨著儀器的更新和數據處理技術的發展,現在的動態光散射儀器不僅具備測量粒徑的功能,還具有測量Zeta電位、大分子的分子量等的能力。
    (一)動態光散射的基本原理
    1. 粒子的布朗運動Brownian motion導致光強的波動
    微小粒子懸浮在液體中會無規則地運動
    布朗運動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,布朗運動越快。
    2. 光信號與粒徑的關系
    光通過膠體時,粒子會將光散射,在一定角度下可以檢測到光信號,所檢測到的信號是多個散射光子疊加后的結果,具有統計意義(見附件一)。瞬間光強不是固定值,在某一平均值下波動,但波動振幅與粒子粒徑有關(見附件二)。某一時間的光強與另一時間的光強相比,在極短時間內,可以認識是相同的,我們可以認為相關度為1,在稍長時間后,光強相似度下降,時間無窮長時,光強完全與之前的不同,認為相關度為0(此原理見附件三)。根據光學理論可得出光強相關議程(見附件四)。之前提到,正在做布朗運動的粒子速度,與粒徑(粒子大小)相關(Stokes - Einstein方程)。
    Stokes - Einstein方程[1]
    大顆粒運動緩慢,小粒子運動快速。如果測量大顆粒,那么由于它們運動緩慢,散射光斑的強度也將緩慢波動。類似地,如果測量小粒子,那么由于它們運動快速,散射光斑的密度也將快速波動。附件五顯示了大顆粒和小粒子的相關關系函數。 可以看到,相關關系函數衰減的速度與粒徑相關,小粒子的衰減速度大大快于大顆粒的。最后通過光強波動變化和光強相關函數計算出粒徑及其分布(見附件六)。
    3. 分布系數(particle dispersion index,PDI)
    分布系數體現了粒子粒徑均一程度,是粒徑表征的一個重
    要指標。
    < 0.05 單分散體系,如一些乳液的標樣。
    < 0.08 近單分散體系,但動態光散射只能用一個單指數衰減的方法來分析,不能提供更高的分辨率。
    0.08 - 0.7 適中分散度的體系。運算法則的最佳適用范圍。
    > 0.7 尺寸分布非常寬的體系,很可能不適合光散射的方法分析。
    4. 光強分布、體積分布和數量分布的關系
    說明光強、體積和數量分布之間差異的簡單方式,是考慮只含兩種粒徑(5nm和10nm)、但每種粒子數量相等的樣品。附件七顯示了數量分布結果。 可以預期有兩個同樣粒徑(1:1)的峰,因為有相等數量的粒子。第二個圖顯示體積分布的結果。 50nm粒子的峰區比5nm(1:1000比值)的峰區大1000倍。 這是因為,50nm粒子的體積比5nm粒子的體積(球體的體積等于4/3π(r)3)大1000倍。第三個圖顯示光強度分布的結果。 50nm粒子的峰區比5nm(1:1000比值)的峰區大1,000,000倍(比值1:1000000)。 這是因為大顆粒比小粒子散射更多的光(粒子散射光強與其直徑的6次方成正比 — (得自瑞利近似)。
    (二)動態光散射樣品要求
    基本要求
    樣品應該較好的分散在液體媒體中
    理想條件下,分散劑應具備以下條件:
    透明
    和溶質粒子有不同的折光指數
    應和溶質粒子相匹配 (也就是:不會導致溶脹, 解析或者締合)
    掌握準確的折光指數和粘度,誤差小于0.5%
    干凈且可以被過濾
    粒徑下限
    依賴于:
    粒子相對于溶劑產生的剩余光散射強度
    溶質和溶劑折光指數差
    樣品濃度
    儀器敏感度
    激光強度和波長

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