动态光散射测量粒子粒径的基本原理

动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS)，也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ，准弹性光散射quasi-elastic scattering，测量光强的波动随时间的变化。DLS技术测量粒子粒径，具有、快速、可重复性好等优点，已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。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电位等的能力。

 

动态光散射的基本原理
1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动
      微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动,布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度，粒子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。
 

2. 光信号与粒径的关系
       光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以检测到光信号，所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果，具有统计意义。瞬间光强不是固定值，在某一平均值下波动，但波动振幅与粒子粒径有关。某一时间的光强与另一时间的光强相比，在极短时间内，可以认识是相同的，我们可以认为相关度为1,在稍长时间后，光强相似度下降，时间无穷长时，光强与之前的不同，认为相关度为0。根据光学理论可得出光强相关议程。之前提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein方程）。 大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。可以看到，相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布。

 

3. 分布系数(particle dispersion index,PI)
    分布系数体现了粒子粒径均一程度，是粒径表征的一个重要指标。       
< 0.05        单分散体系，如一些乳液的标样。
< 0.08        近单分散体系，但动态光散射只能用一个单指数衰减的方法来分析，不能提供更高的分辨率。
0.08 - 0.7     适中分散度的体系。运算法则的*适用范围。
> 0.7         寸分布非常宽的体系，很可能不适合光散射的方法分析。