Dinamikus fényszórás
A dinamikus fényszórás (DLS vagy kvázi-elasztikus fényszórás, QLS) speciális mérési technika kifejezetten a mikron nagyságrendű tartományban, molekulák és egyéb részecskék detektálásához.
Áttekintés
szerkesztésA dinamikus fényszórásban a Brown-mozgás hatására létrejövő részecskediffúziót mérjük. Ezt úgy érjük el, hogy azt az értéket mérjük, amely intenzitásnál a részecskén szóródó fény fluktuál. Az intenzitás fluktuációjának sebességbeli változása attól függ, hogy milyen méretű részecskén szóródik a beeső fény. A gyorsan változó intenzitások kis részecskeméret esetén jellemzőek.
Digitális korrelátor
szerkesztésA korrelátor alapvetően egy jeleket összehasonlító eszköz, amely két beérkező jel közti hasonlóságot méri az idő függvényében. Ha veszünk egy beérkező jelet és azt egy adott t időpontban detektáljuk, majd t + t időpontban önmagával összehasonlítjuk, akkor a véletlenszerűen hullámzó jel esetén nyilvánvaló, hogy az intenzitások nem lesznek azonosak, tehát a két jel különbözni fog. Ha hasonló módon összehasonlítjuk a detektált jeleket t + 2 t, t + 3 t időpontokban, azt tapasztaljuk, hogy véletlenszerű forrásból származó jel esetén a korreláció mértéke az idővel csökken. t = esetén a korreláció gyakorlatilag 0-vá válik vagyis nem lesz összehasonlítható. A szóban forgó időintervallum – t – a mérés során igen kicsiny, rendszerint ns nagyságrendű, amelyet a korrelátor időegységének neveznek. Abban esetben ha a részecskeméret növekszik, a jel időbeli változása kis mértékű, a korreláció változása lassú.
Rayleigh és Mie-Debye szórás
szerkesztésA Rayleigh-szórásban a molekulák önálló dipólusokként (p) tekintendők, a részecskeméret kisebb, mint a szóródó fény hullámhossza. Ha a szóródó elektromágneses tér (E) viszonylag távol esik (r) a dipólustól, akkor ezt a írja le, amelyben a dipólmomentum és a megfigyelés iránya által bezárt szög. Oszcilláló térben a dipólmomentum , melyben az indukált dipólmomentum. Ekképp az elektromágneses tér nagysága . A térerősség-vektort derékszögű komponensekre bonthatjuk, ekkor és kapunk. Az intenzitás párhuzamos és derékszögű komponensei: és , ez összevonva , melyben szóródási szög, a polarizálhatóság. Ez a részecskéről történő Rayleigh-szórás intenzitása polarizálatlan fény esetén.
A Mie-elmélet alapfeltevése, hogy a részecskék homogén, gömbszimmetrikus jellegűek. Felteszi, hogy a szóródó elektromágneses tér a szóró részecske vagy a homogén közeg minden pontjában jelen van. Relatíve nagy távolság esetén (amikor a részecske a fényforrástól nagy távolságban van) a hullámvektor egyenlete:
itt és a párhuzamos és derékszögű komponensei a szóródó fénynek.
A DLS és a Brown-mozgás
szerkesztésTudvalevően a Brown-mozgás annál gyorsabb, minél kisebb a közegben jelenlévő részecskeméret. A kisebb molekulák az oldatban jelenlévő nagyobb részecskék által erőteljesebben meglökődnek. A DLS szempontjából két feltétel kell hogy adott legyen: a pontos méréshez ismerni kell a hőmérsékletet, amely állandó kell hogy legyen, egyébként a konvekciós áramok a mintában véletlenszerű molekulamozgásokat idéznek elő, amelyek rontják a mérési eredményeket. A hőmérséklet állandósága a viszkozitás stabilitását is eredményezi ugyanakkor, amely szintén fontos ugyanezen okból.
Ionerősség és a hidrodinamikai sugár
szerkesztésEgy adott T hőmérsékletű, viszkozitású folyadékban mozgó részecske méretére a transzláció diffúziós állandóból következtetünk, amelyet közelítőleg a Stokes – Einstein egyenlet ad meg:
Lásd még
szerkesztésForrások
szerkesztés- Dahneke, Barton. Measurement of suspended particles by quasi-elastic light scattering. New York: Wiley (1983). ISBN 978-0-471-87289-4
- Dynamic Light Scattering, University of Florida — Department of Physics,PHY4803L — Advanced Physics Laboratory