Лекция 11 - Основы методов лазерной дифракции
advertisement
Методы определения размера частиц Статическое светорассеяние Угол рассеяния обратно пропорционален размеру частицы. Малые частицы рассеивают на больший угол чем большие Количество квантов рассеянного света прямо пропорционально размеру частиц. Большие частицы рассеивают большее количество квантов чем маленькие частицы Взаимодействие луча лазера с частицей Теория МИ описывает феномены взаимодействия излучения с частицей Знание коэффициента преломления Знание коэффициента адсорбции Сбор информации идет со всех возможных углов отражения углов Значения параметров менее заметны для больших частиц Дифракция пучка на малой и большой частице Большая частица Малая частица Рассеяние на больших углах Рассеяние на больших углах Интенсивный сигнал Слабоинтенсивный сигнал Теория МИ Ключевым вопросом теории рассеяния является площадь поперечного сечения рассеивающего объекта, фоновое излучения на некотором удалении от объекта – результат рассеяния совокупности облученных частиц. Теория МИ (Mie) строгое описание рассеяния сферической, гомогенной, изотропной и немагнитной частицы в непоглощающей среде Рассеяние на сферической частице Рассеяние на несферической частице -? Математические методы описания рассеяния Где параметры аk и bk являются функциями α = πd0/λ0 β = πdm1/λ0 и m=m1/n0=n-ik – комплексный коэффициент преломления частицы, а πк τк функции косинуса угла рассеяния к прошедшему пучку. Типы рассеяния на частице λ - Длина волны лазерного излучения d – диаметр частицы Если частицы меньше или сопоставимы по размерам с длинной волны то оптические свойства частицы определяются исходя из того, что рассеяние света возникает не только за счет дифракции. Возможна поляризация частицы за счет излучения, это приводит к изменению распределения рассеянного света. Рассеяние света – оптический инструмент измерения. Обязательным условием измерений является определение коэффициента преломления измеряемого материала Для больших частиц, т.е. частиц от 5до 10 микрон для описания рассеивающей способности подходит приближение дифракции Фраунтгофера и влияние преломления материала снижается, т.е. коэффициент преломления уже не так важен при расчетах размера частиц Когда диаметр частиц сопоставим с длиной волны излучения то применяется комплексная теория, известная как теория рассеяния Ми. Коэффициент преломления в данном случае оказывается заметно вариативным комплексным параметром Динамическое светорассеяние Синоним: Спектроскопия фотонной корреляции Измерение: скорость диффузии частиц как характеристику их размеров, гидродинамический радиус Пределы измерения: от 1 нм до 6 мкм Броуновское движение Частицы в дисперсии двигаются хаотично, Броуновское движение. Причина этого во взаимодействии с молекулами растворителя Скорость движения тесно связана с коэффициентом диффузии D который может быть вычислен по уравнению Стокса-Эйнштейна D: Коэффициент диффузии k: Константа больцмана T: Температура Η: Вязкость dp: Гидродинамический диаметр частицы Броуновское движение Уравнение Стокса-Эйнштейна Размер частиц Очень маленькие частицы бомбардируются молекулами растворителя и выталкиваются в случайном направлении. Частицы меньшего размера выталкиваются молекулами растворителя сильнее и двигаются быстрее Верхний предел обнаружения определяется условиями седиментации Температура Более высокая температура приводит к более быстрому движению частиц, и большей кинетической энергией соударений. Вязкость растворителя Движение частиц и молекул в дисперсии зависит от вязкости системы, чем выше вязкость тем движение частиц медленнее, Броуновское движение замедляется Интерференция рассеянного луча Излучение рассеивается от каждой движущейся в результате Броуновского движения частицы, вызывая изменения в частоте рассеянного света Полученный сигнал с пучка рассеянного света с различных частиц производит интерференционные волны Тип данных получаемых методом Laser f0 Оптические константы Распределение Распределение Сравнение статического и динамического светорассеяния Статическое светорассеяние Динамическое светорассеяние Измерение Рассеивающей способности частиц Скорость диффузии гидродинамический радиус Пределы измерений Разнообразные очень широкие возможности измерений от 0.01 до 3000 микрон Анализ частиц от нано до микроразмеров, без седиментации, 1 нм до 6 мкм сухие/мокрые измерения Любые возможности по измерению сухих и влажных порошков большого или малого объема Измерения только в жидкости, использование стандартных кювет Концентрация Высокая степень ослабления излучения, очень узкий интервал возможностей Детектирование возвратного рассеянного излучения, достаточно широкий интервал концентраций для измерения
