一、技術原理
動態(tài)光散射技術,也稱光子相關光譜(Photon Correlation Spectroscopy,PCS)或準彈性光散射(quasi-elastic scattering),主要基于粒子的布朗運動(Brownian motion)導致的光強波動進行測量。當激光照射到懸浮在液體中的微小顆粒時,顆粒會無規(guī)則地運動并散射光。這種散射光的頻率偏移和光強的波動隨時間發(fā)生變化,且變化的大小與顆粒的布朗運動速度相關。而顆粒的布朗運動速度又取決于顆粒粒徑的大小,因此可以通過分析散射光強的波動來推算出顆粒的粒徑及其分布。
具體來說,動態(tài)光散射技術通過光子探測器在固定的角度采集散射光,然后利用相關器進行自相關運算得到相關函數(shù)。再經(jīng)過數(shù)學反演,如斯托克斯-愛因斯坦方程(Stokes-Einstein equation),可以計算出顆粒的粒徑信息。
二、技術特點
1.非侵入性:動態(tài)光散射技術不需要對樣品進行預處理或破壞,是一種非侵入性的測量方法。
2.準確性:該技術能夠提供準確的粒徑信息,且測量速度快、可重復性好。
3.適用范圍廣:動態(tài)光散射技術適用于測量亞微細顆粒范圍內(nèi)的分子與顆粒的粒度及粒度分布,使用新技術時,粒度可小于1nm。
4.多功能性:隨著儀器的更新和數(shù)據(jù)處理技術的發(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、大分子的分子量等的能力。
三、應用領域
1.納米材料:用于研究納米金屬氧化物、納米金屬粉、納米陶瓷材料的粒度對材料性能的影響。
2.生物醫(yī)藥:分析蛋白質(zhì)、DNA、RNA、病毒以及各種抗原抗體的粒度,有助于了解生物分子的結(jié)構(gòu)和功能。
3.精細化工:用于尋找納米催化劑的最佳粒度分布,以降低化學反應溫度,提高反應速度。
4.油漆涂料:用于測量油漆、涂料、硅膠、聚合物膠乳等材料中納米顆粒物的粒徑,有助于優(yōu)化產(chǎn)品的性能。
5.食品藥品:藥物表面包覆納米微??墒蛊涓咝Ь忈?,并制成靶向藥物。動態(tài)光散射技術可用于測量包覆物粒度的大小,以便更好地發(fā)揮藥物的療效。
6.其他領域:如航空航天(納米金屬粉添加到火箭固體推進劑中,研究金屬粉的最佳粒度分布)、國防科技(納米材料用于提高電磁波的吸收性能,研究吸波材料的性能)等。
動態(tài)光散射納米粒徑分析儀技術以其特別的原理和優(yōu)勢在多個領域發(fā)揮著重要作用,為科學研究和技術創(chuàng)新提供了有力的支持。