Спектроскопия диффузных волн (DWS) - это оптический метод, основанный на динамическом рассеянии света (DLS), который изучает динамику рассеянного света в пределе сильного многократного рассеяния. [1] [2] В прошлом он широко использовался для изучения коллоидных суспензий , эмульсий , пен , гелей, биологических сред и других форм мягкого вещества . При тщательной калибровке DWS позволяет количественно измерить микроскопическое движение в мягком материале, из которого можно извлечь реологические свойства сложной среды с помощью подхода микрореологии .
Спекл-спектроскопия диффузных волн
Лазерный свет направляется на образец, а исходящий проходящий или обратно рассеянный свет обнаруживается оптоэлектрическим датчиком. Обнаруженная интенсивность света является результатом интерференции всех оптических волн, исходящих от разных световых путей.
Типовая установка спектроскопии диффузных волн
Сигнал анализируется путем вычисления автокорреляционной функции интенсивности, называемой g 2 .
Для случая невзаимодействующих частиц, взвешенных в (сложной) жидкости, может быть установлена прямая связь между g 2 -1 и среднеквадратическим смещением частиц <Δr 2 >. Отметим P (s) функцию плотности вероятности (PDF) длины пути фотона s. Соотношение можно записать следующим образом: [3]
с участием а также - транспортная длина свободного пробега рассеянного света.
Таким образом, для простой геометрии ячеек можно вычислить среднеквадратичное смещение частиц <Δr 2 > из измеренных значений g 2 -1 аналитически. Например, для геометрии обратного рассеяния, бесконечно толстой ячейки, освещения большого лазерного пятна и регистрации фотонов, исходящих из центра пятна, соотношение между g 2 -1 и <Δr 2 > будет следующим:
, значение γ составляет около 2.
Для менее толстых ячеек и передачи соотношение зависит также от l * (транспортная длина). [4]
Спектроскопия рассеивающих волн с множеством пятен (MSDWS)
В этом методе используется либо камера для обнаружения множества спекл-зерен (см. Спекл-образец ), либо матовое стекло для создания большого количества спекл-реализаций (Echo-DWS [5] ). В обоих случаях получается среднее значение по большому количеству статистически независимых значений интенсивности, что позволяет значительно сократить время сбора данных.
Типовая установка многоячеечной спектроскопии рассеивающих волн
MSDWS особенно адаптирован для исследования медленной динамики и неэргодических сред. Echo-DWS обеспечивает бесшовную интеграцию MSDWS в традиционную DWS-схему с превосходным временным разрешением до 12 нс. [6] Адаптивная обработка изображений на основе камеры позволяет в режиме онлайн измерять динамику частиц, например, во время сушки. [7]
Рекомендации
- ^ Г. Марет; П. Е. Вольф (1987). «Многократное рассеяние света на неупорядоченных средах. Эффект броуновского движения рассеивателей». Zeitschrift für Physik Б . 65 (4): 409. Bibcode : 1987ZPhyB..65..409M . DOI : 10.1007 / BF01303762 . S2CID 121962976 .
- ^ DJ Pine; Д.А. Вайц; П.М. Чайкин; Э. Гербольцхаймер (1988). «Спектроскопия рассеивающих волн». Письма с физическим обзором . 60 (12): 1134. Bibcode : 1988PhRvL..60.1134P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.60.1134 . PMID 10037950 .
- ^ Ф. Шеффольд ; и другие. (2004). «Новые тенденции в оптической микрореологии сложных жидкостей и гелей» (PDF) . Прогресс науки о коллоидах и полимерах . 123 : 141–146. DOI : 10.1007 / b11748 . ISBN 978-3-540-00553-7. Архивировано из оригинального (PDF) 21 июля 2011 года.
- ^ Д.А. Вайц; DJ Pine (1993). «Спектроскопия рассеивающих волн». В У. Браун (ред.). Динамическое рассеяние света . Кларендон Пресс . С. 652–720. ISBN 978-0-19-853942-1.
- ^ http://spie.org/x8591.xml?highlight=x2404&ArticleID=x8591
- ^ П. Захаров; Ф. Кардино; Ф. Шеффольд (2006). «Множественная спектроскопия рассеивающих волн с одномодовой схемой регистрации». Physical Review E . 73 (1): 011413. arXiv : cond-mat / 0509637 . Bibcode : 2006PhRvE..73a1413Z . DOI : 10.1103 / PhysRevE.73.011413 . PMID 16486146 . S2CID 6251182 .
- ^ Л. Брюнель; А. Брун; П. Снабре; Л. Чипеллетти (2007). «Адаптивная спекл-визуализация интерферометрии: новый метод анализа динамики микроструктуры, процессов сушки и образования покрытий» . Оптика Экспресс . 15 (23): 15250–15259. arXiv : 0711.1219 . Bibcode : 2007OExpr..1515250B . DOI : 10,1364 / OE.15.015250 . PMID 19550809 . S2CID 5753232 .
Внешние ссылки
- Обзор спектроскопии диффузных волн с видео
- Обзор спектроскопии рассеивающих волн с анимацией
- Определение размера частиц с помощью спектроскопии рассеянных волн