动态激光光散射仪

动态光散射中光子相关谱测量系统的空间相干性问题王少清娄本浊陶冶薇任中京（济南大学理学院济南250022）提要：利用光干涉的简化模型讨论了动态光散射中光子相关谱测量系统的空间相干性要求的物理本质。利用相干面积概念对光子相关谱测量系统空间相干性判据的几种常见表述进行了规范。提出了一种具有普遍意义的简明判据。关键词：光子相关谱；动态光散射；空间相干性；相干面积；信噪比On the Spatial Coherence Problem of a photon Correlation Spectrum Measurement System in Dynamic Light ScatteringWang Shaoqing Lou Benzhuo Tao Yewei Ren Zhongjing(Science School of Jinan University Jinan 250022)Abstract：Using a simplified model of light interference，we discussed the physical essence of the spatial coherence demand on a photon correlation spectrum measurement system in dynamic light scattering.By using the concept of “coherence area”，we standard-ized three familiar statement about the spatial coherence criterion on a photon correlation spectrum measurement system.In the end，we brought forward a general and compendious criterion.Key words：photon correlation;dynamic light scattering;spatial coherence;coherence area;signal-noise ratio动态光散射是研究大分子和亚微米颗粒在液体中动态行为的最有效方法。通过测量悬浮液中散射粒子产生的散射光中的微小频移和角度依赖性，可以获得表征高分子结构的丰富信息，也可以获得纳米微粒的平均流体力学半径和粒度分布。随着激光、微电子和计算机技术的发展，动态光散射技术得到了广泛的应用。由于散射光的频移很小(1-106Hz) ，用传统的光谱分析法难以分辨，所以在动态光散射实验中采用光子相关谱法来获得散射光的频移。图1给出光子相关谱测量的基本实验装置。由激光器1发出的激光经聚焦后照射在样品池2中的散射粒子上，粒子的散射光经光学系统3后进入PMT(光电倍增管) 4 ，PMT 的光电脉冲经过甄别/ 放大系统5 进入相关器6 ，由相关器对光电脉冲进行相关处理后将相关数据输入计算机7 进行数据处理，得所需的信息。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281050_441881_388_3.jpg在光子相关谱测量中，PMT 输出信号1的信噪比(输出信号中涨落部分与噪声部分之比) 大小是测量成功与否的关键因素。而PMT 输出信号的信噪比大小又主要由测量系统的空间相干性来决定。对于光子相关谱测量系统空间相干性优劣的判别标准，不同的文献有各种不同的表述。其中比较有代表性的几种表述分别为：（1）PMT的接受面积为一个相干面积；

动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS)，也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，准弹性光散射quasi-elastic scattering，测量光强的波动随时间的变化。动态光散射技术测量粒子粒径，具有准确、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表现方法。随着仪器的更新和数据处理技术的发展，现在的动态光散射仪器不具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力，还具具备测量颗粒粒径的功能。微纳研制的winner802光子相关纳米粒度仪就是采用的动态光散射原理，用来测量颗粒粒径大小的。也是国内第一家企业采用动态光散射原理来研制的纳米激光粒度仪，其动态光散射原理建立在分散在液体颗粒的布朗运动基础之上，颗粒越小运动越快，反之，颗粒越大，运动越慢。具有不干扰，不破坏颗粒体系原有状态的特点，从而保证了测试结果的真实性。采用HAMAMATSU高性能光电倍增管和微纳研制的高速数字相关器作为核心部件，通过测试某一个角度的散射光的变化并求出自相关函数（即扩散系数），根据stokes-Einstein方程计算出颗粒粒径及分布。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701211120_01_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701211120_01_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701211120_01_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701211120_01_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701211120_02_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701211120_02_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701211120_02_388_3.jpg

基于动态光散射原理的纳米粒度仪的研制任中京, 陈栋章 (济南微纳颗粒技术有限公司, 济南)摘要:介绍了基于动态光散射原理的纳米粒度仪的工作原理和设计, 重点讲述了我公司自研制的CR128数字相关器的设计原理与性能特点, 以及利用该器件成功研制出的winner801光子相关纳米粒度仪的特性。关键词.. 纳米粒度仪;动态光散射(DLS);光子相关谱(PCS);数字相关器纳米颗粒的尺度一般在1-100nm之间, 是介于原子、分子和固体体相之间的物质状态。由于纳米颗粒具有尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应, 使它具有不同于常规固体的新特性。在纳米态下, 颗粒尺寸更是对其性质有着强烈的影响, 纳米材料的粒度大小是衡量纳米材料最重要的参数之一。而常规的基于静态光散射原理的激光粒度仪的测量下限己接近极限, 但仍旧不能对纳米颗粒的粒度测试得出理想的结果甚至无能为力。光子相关光谱(Photon Correlation Spectroscopy,简称PCS)法已被证明是一种适于测量纳米及亚微米颗粒粒度的有效方法。PCS技术也成为动态光散射(Dynamic Light Scattering, 简称DLS) 技术, 主要是研究散射光在某一固定空间位置的涨落现象。其颗粒粒度测量原理建立在颗粒的布朗运动基础之上。由于颗粒的布朗运动, 一定角度下的散射光强将相对于某一平均值随机涨落。PCS技术就是通过这种涨落变化的快慢间接地得到相关颗粒粒度的信息。1 动态光散射基本原理基于动态光散射原理的颗粒粒度测试基本原理如图1.1所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281054_441893_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281054_441894_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281054_441895_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281054_441897_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281054_441898_388_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281054_441899_388_3.jpg最后再对四路基线求其平均值用于数据分析, 以免突变的光强引起光强自相关函数发生畸变。在如上的算法的基础上, 我们所研制的C R 12 8 数字相关器采用F PG A 技术, 以硬件方式实现。如图2 .1所示, 主要由取样时间发生器、取样时间、光子计数器、12 8 相关运算模块、基线运算模块、相关数据存储器、数据输出及控制电路组成。其工作原理为:选取适当的取样时间, 并在该时间段内将输入的光子数连续计数, 并将计数结果进行128 路自相关运算及基线

近期，实验室买了套美国怀雅特技术公司的多角度激光光散射仪。刚开始安装完后，挺会用的，后来丢了段时间全忘光了。 在自己做样品的时候遇到了很多麻烦，尤其是里面的几个参数，都不知道到底是干什么用的。反正是一塌糊涂。 后来跟wyatt的工程师互通几次email，觉得其实仪器还是蛮好用的，功能也挺强大。现分享经验如下： 1关于HELEOS十八角激光光散射仪 首先是zimm图，首先将样品配制成一系列浓度（至少5个浓度梯度），依次注入到检测器中，根据浓度，角度的拟合， 得到重均分子量（平均值），均方根旋转半径，以及第二维利系数（软件中的help文件告诉你如何得到分子量和半径， 好像是Globe Fitting技术）。 在这个试验中，有几个地方不容易处理好： 浓度如何配准：用容量瓶定容，然后再用重量法稀释配制不同浓度梯度的溶液；或者全部用容量瓶定容； 梯度如何选择：以1或0.5为稀释单位就可以。 手动进样费力：利用注射泵或液相泵进样。 归一化：因为归一化的操作与溶剂有关，因此，只要是跟换溶剂了就必须重新做归一化（这个上面我犯了好几次错误，呵呵）。 做完后就可以保存为模板了，以后在这种条件下，直接打开就可以了。 另外，还有个debye模式，该模式下，能对每一个浓度都能测得其分子量和半径。我在文献中面看到有人将不同聚合反应时间 的聚合产物经过纯化后，测分子量对浓度作图，得到反应动力学方程。 其实，利用wyatt的软件还可以将两种模式中任何一种模式的数据应用到另一种模式下。但不知道怎么弄，希望高手们指点 下子，现谢谢啦！ 2.关于Optilab rEX示差检测器 据wyatt工程师说，这个示差检测器是专门为光散射仪生产的，因为在利用光散射测分子量的时候需要输入dndc值，具体的测定 方法和HELEOS测zimm图是一样的。 那么dndc值到底作用是什么呢？dndc值又称为折射率增量，高分子的分子量与该值的倒数平方成正比；另外，示差检测器在测定 物质浓度的时候也需要该值，样品的测定浓度与dndc值成反比。因此dndc值的准确性直接影响分子量及浓度的准确性。而且该检 测器实际上也是浓度型检测器，能与普通HPLC联用，测定物质的浓度。我还用它测定了多糖的含量，也是先做标准曲线那种。 3 HELEOS十八角激光光散射仪，Optilab rEX示差检测器，GPC/SEC联用 个人觉得该检测器联用，能实现功能最大化，也很方便，就像HPLC一样。联机的话能测定大分子的分子量（Mw，Mn，Mz，Mp）， 均方根旋转半径半径（Rw，Rn，Rz），分子量分布，多分散性，高分子在溶液中的聚集态等信息。 对菜鸟可能遇到分子量测不准的情况，遇到这种情况可以按照下面几种办法解决： 检查仪器常数是否正确，默认值为1.0e-4； dndc值是否正确，默认值有可能是0.185哦； 归一化是否做了，一般没做归一化，结果报告中数据后面的误差较大。 最后就是看柱子的分子效果，要是样品中含有的物质较多，且峰又拖尾的话，数据一般偏大，这个大家可以中debye的切片图 里边的小滑块看出来。 如何定峰：定峰的三原则：第一条，激光和示差都有信号；第二条，峰的起始点和结束点为基线高度的三倍；第三，遇到没有 完全分离开的峰，可以单独分开定。 数据基本分析：GPC/SEC分离大分子的原理是大分子先洗脱出来，小分子的后洗脱出来；反映到激光信号上面就是这样子，峰曲 线从左到右分子量依次减小，激光对大分子信号高；而示差检测器只对折射率有反应，信号高，则对应物质浓度就高。这样子就 可以了解到高分子中不同组分的信息。 最后，听说该仪器可以跟紫外联用，自己没用过，要是有高手用过，告诉我下，谢谢[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/11/200911191957_185471_1911151_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/11/200911191957_185472_1911151_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/11/200911191957_185475_1911151_3.jpg[/img]