動態光散射測量粒子粒徑的基本原理

動態光散射Dynamic Light Scattering (DLS)，也稱光子相關光譜Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，準彈性光散射quasi-elastic scattering，測量光強的波動隨時間的變化。DLS技術測量粒子粒徑，具有、快速、可重復性好等優點，已經成為納米科技中比較常規的一種表征方法。隨著儀器的更新和數據處理技術的發展，現在的動態光散射儀器不僅具備測量粒徑的功能，還具有測量Zeta電位等的能力。

 

動態光散射的基本原理
1. 粒子的布朗運動Brownian motion導致光強的波動
      微小粒子懸浮在液體中會無規則地運動,布朗運動的速度依賴于粒子的大小和媒體粘度，粒子越小，媒體粘度越小，布朗運動越快。
 

2. 光信號與粒徑的關系
       光通過膠體時，粒子會將光散射，在一定角度下可以檢測到光信號，所檢測到的信號是多個散射光子疊加后的結果，具有統計意義。瞬間光強不是固定值，在某一平均值下波動，但波動振幅與粒子粒徑有關。某一時間的光強與另一時間的光強相比，在極短時間內，可以認識是相同的，我們可以認為相關度為1,在稍長時間后，光強相似度下降，時間無窮長時，光強與之前的不同，認為相關度為0。根據光學理論可得出光強相關議程。之前提到，正在做布朗運動的粒子速度，與粒徑（粒子大小）相關（Stokes - Einstein方程）。 大顆粒運動緩慢，小粒子運動快速。如果測量大顆粒，那么由于它們運動緩慢，散射光斑的強度也將緩慢波動。類似地，如果測量小粒子，那么由于它們運動快速，散射光斑的密度也將快速波動。可以看到，相關關系函數衰減的速度與粒徑相關，小粒子的衰減速度大大快于大顆粒的。后通過光強波動變化和光強相關函數計算出粒徑及其分布。

 

3. 分布系數(particle dispersion index,PI)
    分布系數體現了粒子粒徑均一程度，是粒徑表征的一個重要指標。       
< 0.05        單分散體系，如一些乳液的標樣。
< 0.08        近單分散體系，但動態光散射只能用一個單指數衰減的方法來分析，不能提供更高的分辨率。
0.08 - 0.7     適中分散度的體系。運算法則的*適用范圍。
> 0.7         寸分布非常寬的體系，很可能不適合光散射的方法分析。