動態(tài)光散射法納米顆粒測量技術有哪些新發(fā)展

動態(tài)光散射DLS技術測量粒子粒徑，具有準確、快速、可重復性好等優(yōu)點，已經(jīng)成為納米科技中比較常規(guī)的一種表征方法。動態(tài)光散射法測量納米顆粒的基本原理是基于納米顆粒的布朗運動，在此基礎上發(fā)展了多種測量方法。近年來發(fā)展了幾種新的納米顆粒測量技術：

（1） 可視動態(tài)光散射法

該方法由英國NanoSight Company的Carr博士提出。它的基本原理是懸浮在液體中的納米顆粒在激光照射下，由于顆粒的折射率與液體不同，會產(chǎn)生散射，形成光質(zhì)點。

連續(xù)拍攝光質(zhì)點的布朗運動圖像，記錄下顆粒的運動軌跡，再對這些運動軌跡進行處理，就可以由Stocks-Einstein公式得到顆粒的粒度。在該方法中由于是對每個顆粒的布朗運動軌跡進行跟蹤及數(shù)學處理，所以可以得到比現(xiàn)有PCS法高得多的粒度分辨力。

對于團聚顆粒，其散射光質(zhì)點的形狀與單顆粒的形狀不同，很容易區(qū)分，因此，采用該方法可以比較有效地測量易團聚的顆粒，以及不同物質(zhì)的混合顆粒。

顯微鏡在使用時視野和景深是確定的，也就是說測量體積是確定的，因此記錄下測量體內(nèi)的所有顆粒數(shù)，還可以得到顆粒的濃度。

由于這種方法直接觀察納米顆粒的布朗運動，所以將這種方法稱為“可視動態(tài)光散射法”。

 

（2）電泳誘導光柵動態(tài)光散射法

該方法由日本島津公司于2009年提出，其基本原理是納米顆粒懸浮液在交替布置的電極片上會隨電極極性的交替改變產(chǎn)生濃度變化。當電極帶電時，納米顆粒會在電場作用下向正極運動，形成高濃度區(qū)域，產(chǎn)生光柵效應。

然后將電極改變極性，納米顆粒會向反方向擴散運動，該誘導光柵逐漸消失。粒度大的顆粒擴散速度較慢，而粒度小的顆粒擴散速度較快。如果一束激光透過該誘導光柵產(chǎn)生的散射光被光電探測器所接收，根據(jù)測得的散射光變化過程，用Stocks-Einstein公式，可以得到顆粒的粒度分布。

在該方法中測量的是納米顆粒形成的誘導光柵的散射光，不是納米顆粒的散射光，因此該法具有很高的信噪比和很好的重復性，同時對混入樣品中的少量較大雜質(zhì)顆粒不敏感?？捎糜诟邼舛燃{米顆粒測量。據(jù)報道該方法的測量下限可達0.5nm。

 

（3）后向動態(tài)光散射法

在應用傳統(tǒng)的光子相關光譜法時，為了避免多次散射(Multiple scattering)，對樣品的濃度有嚴格限制，在90°采光時試樣在工作波長處的吸光度不宜超過0.04。在這一限制下，傳統(tǒng)光子相關光譜法樣品的濃度極低，外觀是澄清透明的。

實際上，大多數(shù)膠體產(chǎn)品原樣的體積濃度在5 %以上，外觀是渾濁的，用傳統(tǒng)光子相關光譜法分析前不得不對之作高倍率的稀釋，這既不便于使用，又可能會破壞膠體的穩(wěn)定性；另一方面，傳統(tǒng)光子相關光譜法的粒度分析很容易受到外界污染的干擾，由此，可用于高濃度納米級膠粒粒度分析的后向動態(tài)光散射技術應運而生。

提高測量濃度的解決方案是保證散射體積足夠小，降低多次散射光在信號光中的比重。此外，將發(fā)射端和接收端布置于試樣的同側(cè)，即測量后向散射光信號，并適當控制散射區(qū)域大小，可以獲得更理想的抑制多次散射的效果。據(jù)報道Cordouan Technologies公司的VASCO粒度分析儀采用該方案將體積測量濃度提高到40%。

后向散射光測量的另一種改進見圖。激光器發(fā)出的光經(jīng)2+1光耦合器進入一單模光纖，在該單模光纖出射的測量光被納米顆粒散射后，其后向散射光又被該單模光纖接收，疊加在被該單模光纖端部內(nèi)表面反射的測量光上，疊加了信號光的反射光在光纖內(nèi)返回，經(jīng)光耦合器和光纖到達光探測器被檢測。

對檢測到的隨機信號作傅里葉變換得到該信號的功率譜，然后對不同頻段的功率譜信號用Stocks-Einstein公式處理，就可以得到納米顆粒的粒度分布。

該方法的優(yōu)點是適合于高濃度納米顆粒測量，因采用單模光纖作為信號傳感器件直接測得顆粒的隨機運動信號，不再需要昂貴復雜的相關器，極大降低了儀器的成本和簡化了結(jié)構(gòu)，而且易于實現(xiàn)在線測量，用于過程控制。

由于該方法測量的是高濃度納米顆粒，因此對混入樣品的少數(shù)較大粒徑雜質(zhì)顆粒不敏感。