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技術(shù)文章

動態(tài)光散射測量粒子尺寸

閱讀:3128          發(fā)布時間:2020-6-16

        本應用描述了使用ID100單光子探測器測量由小粒子散射的光。通過分析散射光強度的波動,可以對顆粒尺寸進行評價。ID Quantique提供基于硅雪崩光電二極管的緊湊且經(jīng)濟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)光散射應用。動態(tài)光散射(DLS),也稱為光子相關光譜(PCS)或準彈性光散射(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致光散射。當粒子尺寸遠小于入射波長時,這主要是瑞利散射(粒子尺寸遠小于入射光波長,小于波長的十分之一)。這種散射強度隨時間波動。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直徑可由其得出的粒子擴散系數(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度。

實驗裝置

圖1-動態(tài)光散射實驗裝置

 

自相關測量

        實驗裝置如圖2所示。使用632nm氦氖激光器進行測量。光束通過準直透鏡,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)送到相關器,該相關器作為時間函數(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)計算自相關函數(shù)。圖2顯示了歸一化強度相關函數(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曲線應該從1變?yōu)榱?。圖2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-自相關測量中強度相關函數(shù)(ICF)與時間的相關性

互相關測量

        交叉相關測量使用2個單光子探測器(ID100-mmf50)進行,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行互相關,可以消除探測器的后脈沖率產(chǎn)生的偽影。

        LS儀器的特定互相關設置(圖3)還能夠抑制多次散射的光子,這些光子會嚴重干擾渾濁樣品的測量。

圖3-LS儀器互相關測量裝置

        圖4顯示了自相關和互相關測量之間歸一化強度相關函數(shù)的比較。由于消除了后脈沖的影響,互相關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-互相關和自相關測量之間的比較

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