动态光散射技术原理

发表时间：2023-07-25

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光散射基础：

*光是电磁波，其电场与磁场振动方向同传播方向相互垂直。

*当光穿过质点时，在光波电场作用下，质点中的电子会产生强迫振动，并向各个方向发射电磁波，就被称为散射光。

*散射光方向与入射光方向间的夹角为散射角。

*散射因子：

*散射光强：

即：散射光强与颗粒大小六次方成正比，与入射光波长四次方成反比，同时与样品dn/dc、浓度以及散射角有关。

布朗运动：

任何悬浮于液体的颗粒都会不停的作布朗运动，其运动的强度与环境有关，同时也与颗粒本身的大小有关：相同条件下，大颗粒的布朗运动缓慢，而小颗粒的布朗运动剧烈。

散射光与布朗运动：

动态光散射原理（DLS/QELS/PCS）：

1964 年，Pecora 证明了实时波动的散射光可以在频域中产生一个分布，这个带宽就包含着颗粒运动的信息。实际上，该线宽Γ可以求出扩散系数 DT，从而由扩散系数与粒径之间的关系，得出颗粒的大小。公式如下：

C（τ）=2 [ 1 + b * exp （-2 Γτ） ] （相关函数：Correlation Function）

其中 2 为基线，由实验得出

Γ=DT * q2 q为波动矢量因子

DT=KT/3πηd where K 为 Boltzman 常数

动态光散射常用的数学模型：

数学模型的使用仅意味着数学上的最优解，未必反映实际的物理现象。下表反映了不同模型在样品表征中的结果差异：

动态光散射中的加权方法及其影响：

权重(Weighting)：光强加权(Intenisty)、重量加权(Volume)、表面积加权(Surface Area)与数量加权(Number)

动态光散射测量中的问题与解决方案：

1、散射信号弱（小颗粒、低浓度或带颜色样品）：采用高稳定度高功率的激光器或提高样品浓度，增强散射光信号，采用高量子效应的高灵敏检测器，提高系统信噪比；

2、宽分布或大颗粒影响：使用多峰分析模型。如果有杂质或灰尘，需要对样品进行处理（如过滤或离心）；

3、数据呈现递增或递减：需要增加温度稳定时间，消除由于温度漂移造成的粘度变化；

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