使用3D互相关模式测定高浊度样品的粒径

     说明

    动态光散射（DLS）作为一款用于粒径表征的参考技术，其有效测试范围从几纳米到几微米。该方法测定的是粒子在溶液中的布朗运动，当激光照射粒子时，布朗运动会使得散射光强产生波动。在高时间分辨率下测定这些光强的涨落，我们可以获得一个自相关函数，并通过该函数可以直接计算得到粒子的扩散系数。多分散性样品得到一个扩散系数的和值，这个值可以准确的转化为一个甚至多个平均粒径及其相关分布系数。

                                                            Figure 1. 3D DLS可测试的典型浊度样品

    使用动态光散射技术准确的测量粒子的动力学需要分析单散射信号，样品中即使非常小的多重散射信号也会迅速并且明显的影响测试结果。因此，对于高散射和高浓度的样品，传统的方法是对样品极度稀释并且通过繁琐的验证测量来保证数据的有效性。有一种常见的情况是有些样品看起来非常透明但用户并不知道其间有多重散射存在，没有通过验证直接测试所得到的粒径必然存在着明显的错误。此外，在很多情况中，如样品的聚集或凝胶，其过程是依赖于样品的高浓度，而稀释会极大的改变样品的特性，这种情况下就不能对样品进行稀释。对于上述问题，一个优秀的解决方案就是使用三维互相关技术，它能有效的抑制多重散射光的贡献。在本篇应用中，我们将使用这款强大的动态光散射方法，有效的测量粒子的动力学，哪怕是那些样品体系几乎不透光，其透光率低于1%。

    DLS测试

    采用 LSI公司的三维激光光散射仪，测试直径为100nm的聚苯乙烯粒子制成的胶体悬浮液，其体积分数从0.002%到2.0%。使用0.1mM的盐溶液来屏蔽高浓度样品之间的静电相互作用。DLS测试同时在传统的自相关模式和三维互相关模式下进行，自相关模式采用单光束入射和单检测器，三维互相关模式采用两组对称的光路及两个对应的检测器。粒子的流体力学半径RH通过三维光散射仪的软件自动计算得到，每种模式下进行五次重复测试，测试时间90s，测试角度均为90°，测试温度为20.0±0.1℃。表2a举例说明了3D互相关方法具有准确测定高散射样品粒径的能力，同时也展现了传统自相关方法哪怕是测试稍微浑浊一点儿的样品的弊端。表2b则印证了两种方法在测试澄清纯单散射体系的结果上能完美吻合。

                               Figure 2. a).利用自相关和三维互相关技术测量100nmPS，自相关模式在测试浑浊样品时明显错误。

                                                     b).自相关和互相关技术测试澄清样品结果胡相吻合。