用动态光散射分析粒径分布

当光从溶液或悬浮物中散射时，光的强度会发生随机变化。这种现象帮助我们确定散射光的粒子的大小。yabo214这就是动态光散射(DLS)技术的原理，以前称为准弹性光散射(QELS)或光子相关光谱(PCS)。

本文介绍了该技术的工作原理、测量方法、数据解释以及DLS的一些应用。

动态光散射的应用

DLS最常见的设置是对纳米颗粒进行分析，如金纳米颗粒、蛋白质分子、乳胶或胶体的大小测定。yabo214

它非常适合测量微米级以下的粒子，即使是直径小于一纳米的yabo214粒子。在这个范围内，分子和粒子就其大小而言是很容易区分的。yabo214因此，蛋白质或其他大分子在直径上类似于金的纳米粒子，液相也类似于乳液。DLS也适用于浓缩溶液和其他复杂流体，但与寻找粒径相比，这种应用相对较少。

斯托克斯-爱因斯坦方程:粒子大小和粒子运动

布朗运动是由悬浮的小粒子表现出来的，由随机热运动组成。yabo214这种运动的方程由斯托克斯-爱因斯坦方程给出。分析粒径最常用的形式是:

地点:

• D_h流体力学的直径还是颗粒的大小
• D_tDLS能求出平动扩散系数吗
• k^B玻尔兹曼常数是已知的吗
• T是热力学温度，是由操作者设定的
• η是动态粘度，也是一个已知的常数

当然，仪器的软件是根据这个方程进行计算的，但是这个方程很重要有几个原因。首先，进行测量时的温度是参数之一，因此表明是一个非常重要的因素。此外，温度决定粘度，粘度也是方程中的一个因素。

最后，它表明，由DLS测量的颗粒尺寸是流体力学尺寸，或者换句话说，一个具有与被分析颗粒相同扩散特性的球形颗粒的尺寸。

蛋白质大小分析和任何涉及流体力学半径的其他研究领域都涉及到使用额外因子2的类似计算。

在研究聚合物粒径时，必须注意到流体力学半径与旋转半径不同，在较大粒径范围内更容易测量。将其中一种转换为另一种需要使用链结构模型，包括随机线圈或硬球、链刚度、树枝状分子和分支程度等问题。

测量粒子运动I:动态光散射光学装置

上图显示了DLS的光学设置。

来自激光器的光通过细胞样品并发生散射。然后用两个与光束成90度或173度角的探测器收集散射的光子，这两个角中的一个是散射角。使用一对探测器有助于改变测量条件，使测量更方便地进行。要测量的粒yabo214子可以使用多种流体中的任何一种来分散。

唯一的要求是他们的液体折射率和粘度的知识，以确保测量的结果可以正确解释。

由此产生的散射光信号随机变化，因为粒子的位置相对于其他粒子随机变化。yabo214这些信号变化是由布朗运动引起的。如下图所示。

需要注意的是，图中看到的“噪声”实际上是粒子运动的反映，它是用来计算粒子大小的。与激光衍射技术不同的是，使用DLS只从一个角度进行测量，尽管从多个角度获取数据会很有用。这种技术的好处包括它的无创特性，因为粒子运动完全独立于DLS的性能。

如何提取粒子扩散系数:DLS数据解释

信号解释通常使用相关器(处理数字信号的设备)上的自相关函数来实时处理输入数据。由此可以提取与延迟时间τ相关的自相关函数。通过对实验数据进行曲线拟合，可快速得到该时间参数。通过以下关系式推导出扩散系数:

Γ= D_t问²，

地点:

• Q是由Q =(4πn/λ)sin(θ/2)计算得到的散射矢量。
• η为液体折射率
• λ为激光波长
• θ是散射角

当把Dt代入Stokes-Einstein方程，我们就能求出粒子的大小。

分析实际粒径分布I:累积量法和z -平均法

就像在上面的部分，DLS可以用来测量包含纳米颗粒的真实样品。yabo214指数衰减现在写成另一种形式，即幂级数，如下所示:

首先提取衰变常数，以便从其解释中找到颗粒大小。在这种情况下，颗粒大小是一个加权平均大小(z-平均大小)。权衡是一个有点复杂的过程。衰变常数与扩散系数直接相关。DLS有助于确定扩散系数加权的强度。由于扩散系数与粒径成反比，因此z平均粒径是强度加权的调和平均粒径。

这种解释与通过光散射确定的聚合物的平均旋转半径的标准解释是不一致的。

z平均粒径的简单含义是，它随着粒径的增大而增大，可以很可靠地测量。因此，这一定义已成为使用DLS确定粒径的标准。

实际粒度分布分析II:粒度分布数据

尺寸分布也可以使用DLS测量进行分析。将测量到的自相关函数转换为电场自相关函数g₁(τ)。利用已知的关系，

为衰减常数Γ赋值，就有可能得到整体电场自相关函数或系统中每个粒子引起的衰减的强度加权和。

如果这个方程是反的，那么g的值₁(τ)求S(Γ)值，可以确定其大小分布。然而，这是一个构造不良的问题。但事实是，它有助于解释dll派生的数据。

结论

我们已经研究了DLS如何帮助测量颗粒大小。文中还讨论了进一步研究这一关系的许多有趣的出发点。的HORIBA DLS设app亚博体育备具有处理和分析这些方程的标准能力。这用于应用DLS来测量蛋白质、胶体或纳米颗粒等的尺寸。yabo214

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