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第一節(jié) 靜態(tài)光散射（static light scattering）

1. 復(fù)雜流體vs簡(jiǎn)單流體(complex fluids vs simple fluids)

簡(jiǎn)單流體(simple fluids)：

a）小分子（small molecules）

b) 短程有序（short range order）: 指原子在短距離內(nèi)的規(guī)則且可預(yù)測(cè)的排列，通常具有一個(gè)或兩個(gè)原子間距。但是，這種規(guī)律性不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。例子：蠟，玻璃，等。

c）各向同性（isotropic）：是指物體的物理、化學(xué)性質(zhì)不因方向而有所變化的特性，即在不同方向所測(cè)得的性能數(shù)值是相同的。例子：氣體，液體，非晶體等。

復(fù)雜流體（complex fluids）

a）不同長(zhǎng)度的分子和不同的時(shí)間尺度（differnt，board range of length and times scales）：高分子溶液，表面活性劑（polymer solution，Surfactant）；膠狀片分散體（colloidal dispersions）：由固體，液體或者氣體粒子組成，分散在連續(xù)相（固體，液體或者氣體）里。

b）短程有序和長(zhǎng)程有序相互作用（short range and long-range interactions）

c) 各向異性（anisotropic structure, LC）與各向同性相反，指物體的全部或部分物理、化學(xué)等性質(zhì)隨方向的不同而有所變化的特性。

2. 光散射（Scattering of light）

靜態(tài)光散射：

測(cè)量散射光強(qiáng)度來得到一個(gè)高分子的平均相對(duì)分子質(zhì)量 MωM_{\omega} ， 通過不同角度下的散射光強(qiáng)度的測(cè)量，可以計(jì)算出回旋半徑 RgR_{g} （radius of gyration），也可以通過對(duì)不同濃度的樣本測(cè)量所得到的散射光強(qiáng)度得到第二維里系數(shù) A2A_{2} （the second virial coefficient）。

動(dòng)態(tài)光散射，DLS（分子不斷地做布朗運(yùn)動(dòng)）：

可以用來確定懸浮液中小顆?；蛉芤褐芯酆衔锏拇笮》植?。在DLS 的范圍內(nèi)，通常通過強(qiáng)度或光子系相關(guān)函數(shù)（光子相關(guān)光譜法貨準(zhǔn)彈性光散射）來分析時(shí)間波動(dòng)。在時(shí)域分析中，自相關(guān)函數(shù)（ACF）通常從零延遲時(shí)間開始衰減，動(dòng)力學(xué)越快，歸功于較小的的粒子導(dǎo)致了更快地散射強(qiáng)度的去相關(guān)性。

1.理論出發(fā)點(diǎn)區(qū)別：靜態(tài)更多采用是米氏、瑞麗等單顆粒散射模型；動(dòng)態(tài)光散射采用布朗運(yùn)動(dòng)理論；
? ?? ?? ?? ?? ?2.數(shù)據(jù)處理區(qū)別：靜態(tài)采集一定時(shí)間內(nèi)積分信號(hào)；動(dòng)態(tài)采集是信號(hào)歲時(shí)間跳變量。

靜態(tài)光散射 (SLS)

使用LALS、RALS或MALS測(cè)量絕對(duì)分子量

靜態(tài)光散射（SLS）是一項(xiàng)測(cè)量絕對(duì)分子量的技術(shù)，如瑞利理論所述，該技術(shù)利用一個(gè)分子散射的光強(qiáng)度與其分子量和尺寸之間的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。 簡(jiǎn)言之，瑞利理論是指，特定光源條件下，較大分子與較小分子相比會(huì)散射更多的光， 而散射的光強(qiáng)度與分子的分子量互成比例。

使用SLS測(cè)量絕對(duì)分子量的方法有兩種：

1. 使用樣品池進(jìn)行單機(jī)測(cè)量

2. 結(jié)合色譜儀進(jìn)行測(cè)量

使用諸如Zetasizer系列的儀器進(jìn)行單機(jī)測(cè)量，是一種整體式技術(shù)。 因此，計(jì)算結(jié)果是整個(gè)被測(cè)樣品的重均分子量。

然而，測(cè)量絕對(duì)分子量最常見的方法是在GPC/SEC系統(tǒng)中添加一個(gè)SLS檢測(cè)器，如：小角光散射LALS、直角光散射RALS或多角光散射MALS檢測(cè)器。 將SLS與分離技術(shù)配合使用，可計(jì)算洗脫色譜任意點(diǎn)的絕對(duì)分子量，同時(shí)還能確定分子量分布中任意分子量范圍內(nèi)的平均分子量

動(dòng)態(tài)光散射(DLS)，有時(shí)稱為準(zhǔn)彈性光散射（QELS），是一種成熟的非侵入技術(shù)，可測(cè)量亞微米范圍內(nèi)的分子與顆粒的粒度及粒度分布，可測(cè)粒度可小于 1nm。

動(dòng)態(tài)光散射的典型應(yīng)用是對(duì)分散于或溶解于液體的顆粒、乳劑或分子進(jìn)行表征。 懸浮在溶液中的顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，造成散射光光強(qiáng)的波動(dòng)。 分析光強(qiáng)的波動(dòng)得到顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)速度，再通過斯托克斯-愛因斯坦方程得到顆粒的粒度

其他參考資料：

動(dòng)態(tài)光散射基本原理及其在納米科技中的應(yīng)用——粒徑測(cè)量

http://www.cailiaoniu.com/80585.html

前言

動(dòng)態(tài)光散射（Dynamic Light Scattering ,DLS)，也稱光子相關(guān)光譜Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，準(zhǔn)彈性光散射quasi-elastic scattering，測(cè)量光強(qiáng)的波動(dòng)隨時(shí)間的變化。

DLS技術(shù)測(cè)量粒子粒徑，具有準(zhǔn)確、快速、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為納米科技中比較常規(guī)的一種表征方法。隨著儀器的更新和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)光散射儀器不僅具備測(cè)量粒徑的功能，還具有測(cè)量Zeta電位、大分子的分子量等的能力。

一、動(dòng)態(tài)光散射基本原理

1.?粒子的布朗運(yùn)動(dòng)（Brownian motion）導(dǎo)致光強(qiáng)的波動(dòng)，微小粒子懸浮在液體中會(huì)無規(guī)則地運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)越快。

2. 光信號(hào)與粒徑的關(guān)系

（1）光通過膠體時(shí)，粒子會(huì)將光散射，在一定角度下可以檢測(cè)到光信號(hào)，所檢測(cè)到的信號(hào)是多個(gè)散射光子疊加后的結(jié)果，具有統(tǒng)計(jì)意義。

（2）瞬間光強(qiáng)不是固定值，在某一平均值下波動(dòng)，但波動(dòng)振幅與粒子粒徑有關(guān)。

（3）某一時(shí)間的光強(qiáng)與另一時(shí)間的光強(qiáng)相比，在極短時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)識(shí)是相同的，我們可以認(rèn)為相關(guān)度為1,在稍長(zhǎng)時(shí)間后，光強(qiáng)相似度下降，時(shí)間無窮長(zhǎng)時(shí)，光強(qiáng)完全與之前的不同，認(rèn)為相關(guān)度為0。

（4）根據(jù)光學(xué)理論可得出光強(qiáng)相關(guān)議程。

（5）之前提到，正在做布朗運(yùn)動(dòng)的粒子速度，與粒徑（粒子大小）相關(guān)（Stokes - Einstein方程）。 大顆粒運(yùn)動(dòng)緩慢，小粒子運(yùn)動(dòng)快速。如果測(cè)量大顆粒，那么由于它們運(yùn)動(dòng)緩慢，散射光斑的強(qiáng)度也將緩慢波動(dòng)。類似地，如果測(cè)量小粒子，那么由于它們運(yùn)動(dòng)快速，散射光斑的密度也將快速波動(dòng)。

（6）最后通過光強(qiáng)波動(dòng)變化和光強(qiáng)相關(guān)函數(shù)計(jì)算出粒徑及其分布。

3. 分布系數(shù)(particle dispersion index,PDI)

分布系數(shù)體現(xiàn)了粒子粒徑均一程度，是粒徑表征的一個(gè)重要指標(biāo)。? ? ? ??
分布系數(shù)< 0.05：?jiǎn)畏稚Ⅲw系，如一些乳液的標(biāo)樣。
分布系數(shù)< 0.08 ：近單分散體系，但動(dòng)態(tài)光散射只能用一個(gè)單指數(shù)衰減的方法來分析，不能提供更高的分辨率。
分布系數(shù)0.08 - 0.7 ：適中分散度的體系。運(yùn)算法則的最佳適用范圍。
分布系數(shù)> 0.7：尺寸分布非常寬的體系，很可能不適合光散射的方法分析。

4. 光強(qiáng)分布、體積分布和數(shù)量分布的關(guān)系

?說明光強(qiáng)、體積和數(shù)量分布之間差異的簡(jiǎn)單方式，是考慮只含兩種粒徑（5nm和10nm）、但每種粒子數(shù)量相等的樣品。

上圖一顯示了數(shù)量分布結(jié)果。 可以預(yù)期有兩個(gè)同樣粒徑（1:1）的峰，因?yàn)橛邢嗟葦?shù)量的粒子。

上圖二顯示體積分布的結(jié)果。 50nm粒子的峰區(qū)比5nm（1:1000比值）的峰區(qū)大1000倍。 這是因?yàn)椋?0nm粒子的體積比5nm粒子的體積（球體的體積等于4/3π（r）3）大1000倍。

上圖三顯示光強(qiáng)度分布的結(jié)果。 50nm粒子的峰區(qū)比5nm（1:1000比值）的峰區(qū)大1,000,000倍（比值1:1000000）。 這是因?yàn)榇箢w粒比小粒子散射更多的光（粒子散射光強(qiáng)與其直徑的6次方成正比 — （得自瑞利近似）。

二、動(dòng)態(tài)光散射要求

（1）基本要求

樣品應(yīng)該較好的分散在液體媒體中，理想條件下，分散劑應(yīng)具備以下條件：

?透明
?分散劑和溶質(zhì)粒子有不同的折光指數(shù)
?應(yīng)和溶質(zhì)粒子相匹配 （也就是：不會(huì)導(dǎo)致溶脹, 解析或者締合）
?掌握準(zhǔn)確的折光指數(shù)和粘度，誤差小于0.5%
?干凈且可以被過濾

（2）粒徑下限

粒徑下限主要依賴于：
?粒徑下限粒子相對(duì)于溶劑產(chǎn)生的剩余光散射強(qiáng)度
?溶質(zhì)和溶劑折光指數(shù)差
?樣品濃度
?儀器敏感度
?激光強(qiáng)度和波長(zhǎng)
?檢測(cè)器敏感度??-??雪崩式光電二極管
?儀器的光學(xué)構(gòu)造

（3）粒徑上限

?動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量粒子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)/ 布朗運(yùn)動(dòng)?
?若粒子不進(jìn)行無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)光散射無法提供準(zhǔn)確粒徑信息
?粒子尺寸的上限定義于沉淀行為的開始
??因此上限取決于樣品 – 應(yīng)考慮粒子和分散劑的密度

（4）樣品濃度上限

?對(duì)于高濃度樣品，由動(dòng)態(tài)光散射測(cè)得的表觀尺寸可能會(huì)受到不同因素的影響
?多重光散射 – 檢測(cè)到的散射光經(jīng)過多個(gè)粒子散射
?擴(kuò)散受限 – 其他粒子的存在使得自由擴(kuò)散受到限制
?聚集效應(yīng) – 依賴于濃度的聚集效應(yīng)
?應(yīng)電力作用 – 帶電粒子的雙電層相互重疊，因而粒子間有不可忽視的相互作用。這種相互作用將影響平移擴(kuò)散