一、技术原理
动态光散射技术,也称光子相关光谱(Photon Correlation Spectroscopy,PCS)或准弹性光散射(quasi-elastic scattering),主要基于粒子的布朗运动(Brownian motion)导致的光强波动进行测量。当激光照射到悬浮在液体中的微小颗粒时,颗粒会无规则地运动并散射光。这种散射光的频率偏移和光强的波动随时间发生变化,且变化的大小与颗粒的布朗运动速度相关。而颗粒的布朗运动速度又取决于颗粒粒径的大小,因此可以通过分析散射光强的波动来推算出颗粒的粒径及其分布。
具体来说,动态光散射技术通过光子探测器在固定的角度采集散射光,然后利用相关器进行自相关运算得到相关函数。再经过数学反演,如斯托克斯-爱因斯坦方程(Stokes-Einstein equation),可以计算出颗粒的粒径信息。
二、技术特点
1.非侵入性:动态光散射技术不需要对样品进行预处理或破坏,是一种非侵入性的测量方法。
2.准确性:该技术能够提供准确的粒径信息,且测量速度快、可重复性好。
3.适用范围广:动态光散射技术适用于测量亚微细颗粒范围内的分子与颗粒的粒度及粒度分布,使用新技术时,粒度可小于1nm。
4.多功能性: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仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。
三、应用领域
1.纳米材料:用于研究纳米金属氧化物、纳米金属粉、纳米陶瓷材料的粒度对材料性能的影响。
2.生物医药:分析蛋白质、DNA、RNA、病毒以及各种抗原抗体的粒度,有助于了解生物分子的结构和功能。
3.精细化工:用于寻找纳米催化剂的最佳粒度分布,以降低化学反应温度,提高反应速度。
4.油漆涂料:用于测量油漆、涂料、硅胶、聚合物胶乳等材料中纳米颗粒物的粒径,有助于优化产品的性能。
5.食品药品:药物表面包覆纳米微粒可使其高效缓释,并制成靶向药物。动态光散射技术可用于测量包覆物粒度的大小,以便更好地发挥药物的疗效。
6.其他领域:如航空航天(纳米金属粉添加到火箭固体推进剂中,研究金属粉的最佳粒度分布)、国防科技(纳米材料用于提高电磁波的吸收性能,研究吸波材料的性能)等。
动态光散射纳米粒径分析仪技术以其特别的原理和优势在多个领域发挥着重要作用,为科学研究和技术创新提供了有力的支持。