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動態(tài)光散射測量粒子尺寸

發(fā)布時間： 2020-06-16　　點擊次數(shù)： 3752次

本應(yīng)用描述了使用ID100單光子探測器測量由小粒子散射的光。通過分析散射光強(qiáng)度的波動，可以對顆粒尺寸進(jìn)行評價。ID Quantique提供基于硅雪崩光電二極管的緊湊且經(jīng)濟(jì)的高性能單光子計數(shù)探測器，具有優(yōu)異的定時分辨率和短的死區(qū)時間，特別適用于動態(tài)光散射應(yīng)用。動態(tài)光散射（DLS），也稱為光子相關(guān)光譜（PCS）或準(zhǔn)彈性光散射（QELS），是一種常用于確定溶液中小顆粒大小的技術(shù)。
將單色光束照射到含有粒子的溶液上會導(dǎo)致光散射。當(dāng)粒子尺寸遠(yuǎn)小于入射波長時，這主要是瑞利散射（粒子尺寸遠(yuǎn)小于入射光波長，小于波長的十分之一）。這種散射強(qiáng)度隨時間波動。時間依賴性波動的發(fā)生是因為粒子經(jīng)歷了布朗運動，它們之間的距離不斷變化。根據(jù)散射強(qiáng)度波動的時間依賴性，以及了解介質(zhì)的溫度和粘度，可以計算出流體動力學(xué)直徑可由其得出的粒子擴(kuò)散系數(shù)。
流體動力直徑是對于球體而言，該球體具有與被測顆粒相同的平移擴(kuò)散系數(shù)。如果將激光束施加到含有粒子的溶液中，則可以使用ID100單光子探測器隨時測量散射光強(qiáng)度，并且可以評估粒子的大小。
動態(tài)光散射及其優(yōu)點：
DLS是一種非侵入性技術(shù)，在亞微米區(qū)域測量分子和粒子的大小具有良好的效果。
這種方法有幾個優(yōu)點：
測量波長為1nm至1/10的粒子大小。
通常精度為±1%
實驗時間短（1-2分鐘）
可靠和可重復(fù)的分析
直接樣品制備
低樣本量（低至2 ul）
適度的開發(fā)成本
對于下面提到的測量，使用ID100-MMF50探測器計算散射光強(qiáng)度。
實驗裝置
圖1-動態(tài)光散射實驗裝置

自相關(guān)測量
實驗裝置如圖2所示。使用632nm氦氖激光器進(jìn)行測量。光束通過準(zhǔn)直透鏡，使光線聚焦到溶液中。然后用ID100-MMF50單光子探測器檢測散射光。
ID100-MMF50的輸出信號被發(fā)送到相關(guān)器，該相關(guān)器作為時間函數(shù)計算檢測到的單個光子的數(shù)量。然后根據(jù)檢測到的光子統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算自相關(guān)函數(shù)。圖2顯示了歸一化強(qiáng)度相關(guān)函數(shù)（ICF）隨時間的波動。對于脈沖后概率為零的探測器，隨著滯后時間的增加，歸一化ICF曲線應(yīng)該從1變?yōu)榱恪D2中在短滯后時間觀察到的與1的偏差是由于ID100-MMF50的后脈沖率，通常為0.5%。
圖2-自相關(guān)測量中強(qiáng)度相關(guān)函數(shù)（ICF）與時間的相關(guān)性
互相關(guān)測量
交叉相關(guān)測量使用2個單光子探測器（ID100-mmf50）進(jìn)行，如圖3所示。這種測量包括用632nm的激光束照射樣品，并測量固定角度下散射光的重合度。通過對檢測到的信號進(jìn)行互相關(guān)，可以消除探測器的后脈沖率產(chǎn)生的偽影。
LS儀器的特定互相關(guān)設(shè)置（圖3）還能夠抑制多次散射的光子，這些光子會嚴(yán)重干擾渾濁樣品的測量。
圖3-LS儀器互相關(guān)測量裝置
圖4顯示了自相關(guān)和互相關(guān)測量之間歸一化強(qiáng)度相關(guān)函數(shù)的比較。由于消除了后脈沖的影響，互相關(guān)曲線在短滯后時間內(nèi)具有平坦的特性。對于較長的滯后時間，這兩條曲線是相似的。
圖4-互相關(guān)和自相關(guān)測量之間的比較

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