bélyegkép|A lézersugár a folyadékban lebegő részecskéken szóródik. A felső esetben nagyobb, az alsó esetben kisebb részecskéken. A grafikonokon az egy irányban visszaszórt (ábrán vékony piros vonal jelöli) fény intenzitását látjuk az idő függvényében. A kis részecske gyorsabban mozog, ezért a róla, egy irányban visszajövő fény erőssége is gyorsabban változik, mint a nagyobb részecskék esetén. A dinamikus fényszórás (DLS vagy kvázi-elasztikus fényszórás, QLS) speciális mérési technika, kifejezetten a mikron nagyságrendű tartományban, molekulák és egyéb részecskék méreteloszlásának meghatározásához.
Áttekintés A dinamikus fényszórásban a Brown-mozgás hatására létrejövő részecskediffúziót mérjük. Ezt úgy érjük el, hogy azt az értéket mérjük, amely intenzitásnál a részecskén szóródó fény fluktuál. Az intenzitás fluktuációjának sebességbeli változása attól függ, hogy milyen méretű részecskén szóródik a beeső fény. A gyorsan változó intenzitások kis részecskeméret esetén jellemzőek.
Digitális korrelátor A korrelátor alapvetően egy jeleket összehasonlító eszköz, amely két beérkező jel közti hasonlóságot méri az idő függvényében. Ha veszünk egy beérkező jelet és azt egy adott t időpontban detektáljuk, majd t + t időpontban önmagával összehasonlítjuk, akkor a véletlenszerűen hullámzó jel esetén nyilvánvaló, hogy az intenzitások nem lesznek azonosak, tehát a két jel különbözni fog. Ha hasonló módon összehasonlítjuk a detektált jeleket t + 2t, t + 3t időpontokban, azt tapasztaljuk, hogy véletlenszerű forrásból származó jel esetén a korreláció mértéke az idővel csökken. t = esetén a korreláció gyakorlatilag 0-vá válik vagyis nem lesz összehasonlítható. A szóban forgó időintervallum – t – a mérés során igen kicsiny, rendszerint ns nagyságrendű, amelyet a korrelátor időegységének neveznek. Abban esetben ha a részecskeméret növekszik, a jel időbeli változása kis mértékű, a korreláció változása lassú. bélyegkép|401x401px|DLS
Rayleigh és Mie-Debye szórás A Rayleigh-szórásban a molekulák önálló dipólusokként (p) tekintendők, a részecskeméret kisebb, mint a szóródó fény hullámhossza. Ha a szóródó elektromágneses tér (E) viszonylag távol esik (r) a dipólustól, akkor ezt a írja le, amelyben a dipólmomentum és a megfigyelés iránya által bezárt szög. Oszcilláló térben a dipólmomentum , melyben az indukált dipólmomentum. Ekképp az elektromágneses tér nagysága . A térerősség-vektort derékszögű komponensekre bonthatjuk, ekkor és kapunk. Az intenzitás párhuzamos és derékszögű komponensei: és , ez összevonva , melyben szóródási szög, a polarizálhatóság. Ez a részecskéről történő Rayleigh-szórás intenzitása polarizálatlan fény esetén.
A Mie-elmélet alapfeltevése, hogy a részecskék homogén, gömbszimmetrikus jellegűek. Felteszi, hogy a szóródó elektromágneses tér a szóró részecske vagy a homogén közeg minden pontjában jelen van. Relatíve nagy távolság esetén (amikor a részecske a fényforrástól nagy távolságban van) a hullámvektor egyenlete:
bélyegkép|357x357px|Relatív szórási intenzitás a részecskeméret függvényében különböző beesési szögek esetén itt és a párhuzamos és derékszögű komponensei a szóródó fénynek.
A DLS és a Brown-mozgás Tudvalevően a Brown-mozgás annál gyorsabb, minél kisebb a közegben jelenlévő részecskeméret. A kisebb molekulák az oldatban jelenlévő nagyobb részecskék által erőteljesebben meglökődnek. A DLS szempontjából két feltétel kell hogy adott legyen: a pontos méréshez ismerni kell a hőmérsékletet, amely állandó kell hogy legyen, egyébként a konvekciós áramok a mintában véletlenszerű molekulamozgásokat idéznek elő, amelyek rontják a mérési eredményeket. A hőmérséklet állandósága a viszkozitás stabilitását is eredményezi ugyanakkor, amely szintén fontos ugyanezen okból.
Ionerősség és a hidrodinamikai sugár Egy adott T hőmérsékletű, viszkozitású folyadékban mozgó részecske méretére a transzláció diffúziós állandóból következtetünk, amelyet közelítőleg a Stokes – Einstein egyenlet ad meg:itt d(H) hidrodinamikai sugár. A DLS által mért molekulaméret ebben az esetben az az érték, amely a viszkozitásból következtet a mozgás kvantitatív tulajdonságaira, tromos kettős réteget és a Debye–távolságot. A kis vezetőképességgel rendelkező közeg a részecskék környezetében lévő kettős réteget megnövelheti, csökkentve ezzel a diffúziós sebességet. Bármely megváltozása a részecske felszíni struktúrájának megváltoztatja a diffúzió sebességet, ezzel nyilvánvalóan a látszólagos részecskeméretet szintén.
Lásd még Rayleigh-eloszlás
Források
Dynamic Light Scattering, University of Florida — Department of Physics,PHY4803L — Advanced Physics Laboratory
Kategória:Fizikai kémia