广角激光光散射仪及其应用

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1、广角激光光散射仪及其应用［摘要］本文介绍了广角激光光散射仪的应用及其测量原理。光散射仪包括动态和静态两个部分，可以测量流体力学半径、回转半径等动力学特性，将静态和动态光散射有机地结合在一起，可用来研宄高聚物以及胶体粒子在溶液中的许多涉及质量和流体力学体积变化的过程。［关键词］广角激光光散射动态光散射静态光散射中图分类号：Q26文献标识码：A文章编号：1009-914X(2016)23-0391-01光散射仪是研宄高分子和胶体的有力工具，包括动态和静态两个部分。静态光散射中，得到高聚物的重均分子量、回转半径等;动态光

2、散射中，求得扩散系数和流体力学半径等;将静态与动态有机的结合，得到高分子的聚集与分散、吸附与解析以及高分子链的伸展与蜷缩等形态特征。1、广角激光光散射仪BI-200SM广角激光光散射仪是一种研究级的光散射仪器，以动态和静态光散射两种理论为基础，能给出多方面的信息。以动态光散射原理为基础，进行动力学特性研宄，测量粒度及其分布、扩散系数、体系聚集与生长、扩散波谱、规则样品的形貌分析等。以静态光散射为理论基础，进行高聚物特性研宄。测量分子量、均方根回转半径、第二维里系数、聚合物分子在溶液中的形状等。由于仪器的角度是连续变

3、化的，研宄范围比普通的固定角度的静态光散射仪更广，可以根据样品和体系的特殊性进行角度的调整与设定。将静态和动态光散射有机地结合在一起，研宄高聚物以及胶体粒子在溶液中的许多涉及质量和流体力学体积变化的过程，如聚集与分散、结晶与溶解、吸附与解吸、高分子链的伸展与蜷缩等过程。此外还可用于聚合反应动力学研宄、聚合物缔合、团聚现象等[1]。1.1广角激光光散射仪的测量原理一束光通过介质时，在入射光方向以外的各个方向也能观察到光强的现象称为光散射现象。光波的电场振动频率很高，约为1015/s数量级，而原子核的质量大，无法跟着电

4、场进行振动，这样被迫振动的电子就成为二次波源，向各个方向发射电磁波，也就是散射光。因此，散射光是二次发射光波。介质的散射光强应是各个散射质点的散射光波幅的加和。光散射法研宄高聚物的溶液性质时，溶液浓度比较稀，分子间距离较大，一般情况下不产生分子之间的散射光的外干涉。若从分子中某一部分发出的散射光与从同一分子的另一部分发出的散射光相互干涉，称为内干涉。假若溶质分子尺寸比光波波长小得多时（即＜1/20入，入是光波在介质里的波长），溶质分子之间的距离比较大，各个散射质点所产生的散射光波是不相干的;假如溶质分子的尺寸与入射

5、光在介质里的波长处于同一个数量级时，那末同一溶质分子内各散射质点所产生的散射光波就有相互干涉，这种内干涉现象是研究大分子尺寸的基础［2］。1.2动态光散射动态光散射又称为准弹性光散射，主要原理为：聚合物高分子在溶液中进行布朗运动，入射光通过高分子链时发生散射，散射光产生多普勒位移，通过测定散射光频率与入射光频率之差，得到高分子布朗运动产生的平移扩散系数和旋转扩散系数，扩散系数有浓度依赖和分子量依赖性，从而获得分子尺寸。采用动态光散射方法，可以研宄不同浓度、不同矿化度聚合物溶液中水动力学半径的变化规律。将高分子线团看

6、作一个直径为Dh的等效圆球，即假设高分子链团为微球模型。微球主体是一个结构独立但相对松散的线团，这个线团在布朗运动中还会带走一部分溶剂，微球中含有n个高分子链相互缠结在一起，密度比较大，周围是溶剂化双电子层，这个线团及周围水化双电层的尺寸即为高分子水动力学尺寸［3］。1.3静态光散射如果将溶液中的聚合物分子看作一个个各向同性的粒子，以一定频率的入射光照射这些粒子，它们不吸收入射光能量，而仅作为二次波源向各个方向发射与入射光频率相同的球面散射光，这种没有频率位移（即无能量变化）的散射称为弹性光散射，也常称为静态光散射

7、。在静态光散射情况下，通常用瑞利比来表征一个体系的散射能力和角度依赖性。对于同一台激光光散射仪，通过己知瑞利比的溶剂（如苯）在某一角度（通常为90°）对仪器进行校正后，再利用低聚物在不同度散射光强度相同的原理，对仪器不同角度检测器信号进行校正后得到的检测器电信号即为聚合物溶液散射光强大小，因而可测出聚合物溶液的瑞利比。通过静态光散射测量可以Rg，聚合物均方根旋转半径，即链质量中心至各个链段距离平方的平均值的平方根（nm）。大分子的散射强度不仅与重均分子量和样品溶液浓度有关，还与散射角和分子半径有关，即有角度依赖性。

8、2广角激光光散射仪的应用光散射是光在电场中接触到微粒，微粒的分子转化为偶极子，在光波电场的振动下，偶极子向各个方向振动，发出与入射光振动频率相同诱导波，这种诱导波就是散射光;散射光在应用广泛，根据胶体体系中光散射理论，光散射可用于判断溶胶还是分子液体，照相补光，利用共振光散射法做DNA的定量分析，基于光散射流式细胞仪的广泛应用，瑞利光散射光谱法研究牛血红蛋白