動態(tài)光散射測量粒子粒徑的基本原理

動態(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，測量光強(qiáng)的波動隨時間的變化。DLS技術(shù)測量粒子粒徑，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)在的動態(tài)光散射儀器不僅具備測量粒徑的功能，還具有測量Zeta電位等的能力。

 

動態(tài)光散射的基本原理
1. 粒子的布朗運(yùn)動Brownian motion導(dǎo)致光強(qiáng)的波動
      微小粒子懸浮在液體中會無規(guī)則地運(yùn)動,布朗運(yùn)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(yùn)動越快。
 

2. 光信號與粒徑的關(guān)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(jié)果，具有統(tǒng)計意義。瞬間光強(qiáng)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(guān)。某一時間的光強(qiáng)與另一時間的光強(qiáng)相比，在極短時間內(nèi)，可以認(rèn)識是相同的，我們可以認(rèn)為相關(guān)度為1,在稍長時間后，光強(qiáng)相似度下降，時間無窮長時，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)動的粒子速度，與粒徑（粒子大小）相關(guān)（Stokes - Einstein方程）。 大顆粒運(yùn)動緩慢，小粒子運(yùn)動快速。如果測量大顆粒，那么由于它們運(yùn)動緩慢，散射光斑的強(qiáng)度也將緩慢波動。類似地，如果測量小粒子，那么由于它們運(yùn)動快速，散射光斑的密度也將快速波動。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。后通過光強(qiáng)波動變化和光強(qiáng)相關(guān)函數(shù)計算出粒徑及其分布。

 

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，但動態(tài)光散射只能用一個單指數(shù)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(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。