Spredning af bølgespektroskopi - Diffusing-wave spectroscopy

Diffusionsbølgespektroskopi (DWS) er en optisk teknik afledt af dynamisk lysspredning (DLS), der studerer dynamikken i spredt lys i grænsen for stærk multiple spredning. Det har tidligere været meget udbredt til at studere kolloide suspensioner , emulsioner , skum , geler, biologiske medier og andre former for blødt stof . Hvis det er omhyggeligt kalibreret, tillader DWS kvantitativ måling af mikroskopisk bevægelse i et blødt materiale, hvorfra de komplekse mediers rheologiske egenskaber kan ekstraheres via mikrorheologisk tilgang.

Spektroskopi med diffus bølge med en plet

Laserlys sendes til prøven, og det udsendte transmitterede eller tilbagespredte lys detekteres af en optoelektrisk sensor. Den registrerede lysintensitet er resultatet af interferens fra alle de optiske bølger, der kommer fra de forskellige lysveje.

• 

  Typisk opsætning af diffusionsbølgespektroskopi

Signalet analyseres ved at beregne intensiteten autokorrelationsfunktion kaldet g ₂ . ${\ displaystyle g_ {2} (\ tau) = {\ frac {\ langle I (t) I (t+\ tau) \ rangle _ {t}} {\ langle I (t) \ rangle _ {t}^{ 2}}}}$

For tilfældet af ikke-vekselvirkende partikler suspenderet i en (kompleks) fluidum en direkte forbindelse mellem g ₂ -1 og gennemsnitlige kvadrerede forskydning af partiklerne <AR ² > kan etableres. Lad os notere P (r) sandsynlighedstæthedsfunktionen (PDF) for fotonbanelængden s. Forholdet kan skrives som følger:

${\ displaystyle g_ {2} (\ tau) -1 = [\ int {dsP (s) \ exp (-(s/l*) k_ {0}^{2} \ langle \ Delta r^{2} ( \ tau) \ rangle)}]^{2}}$

med og er transportmiddelets frie vej for spredt lys. ${\ displaystyle k_ {0} = {\ frac {2 \ pi n} {\ lambda}}}$${\ displaystyle l*}$

For simple cellegeometrier, er det således muligt at beregne middelværdien kvadrerede forskydning af partiklerne <AR ² > ud fra den målte g ₂ -1 værdier analytisk. For eksempel, for den tilbagespredende geometri, en uendelig tyk celle, stor laserpletbelysning og detektion af fotoner, der kommer fra midten af ​​stedet, er forholdet mellem g ₂ -1 og <Δr ² >:

${\ displaystyle g_ {2} (\ tau) -1 = \ exp \ left (-2 \ gamma {\ sqrt {\ langle \ Delta r^{2} (\ tau) \ rangle k_ {0}^{2} }}\ret)}$, γ -værdien er omkring 2.

For mindre tykke celler og ved transmission afhænger forholdet også af l* (transportlængden).

Multispeckle Diffusing-Wave Spectroscopy (MSDWS)

Denne teknik anvender enten et kamera til at detektere mange stenkorn (se stavemønster ) eller et slebet glas for at skabe et stort antal spækket realiseringer (Echo-DWS). I begge tilfælde opnås et gennemsnit over et stort antal statistisk uafhængige intensitetsværdier, hvilket giver en meget hurtigere dataindsamlingstid.

• 

  Typisk opsætning af Multispeckle Diffusing-wave spektroskopi

${\ displaystyle g_ {2} (\ tau) = {\ frac {\ langle I (t) I (t+\ tau) \ rangle _ {p}} {\ langle I (t) \ rangle _ {p}^{ 2}}}}$

MSDWS er ​​specielt tilpasset til undersøgelse af langsom dynamik og ikke -ergodiske medier. Echo-DWS tillader problemfri integration af MSDWS i et traditionelt DWS-skema med overlegen tidsopløsning ned til 12 ns. Kamerabaseret adaptiv billedbehandling tillader online måling af partikeldynamik, f.eks. Under tørring.

Referencer

eksterne links

• Spredning af bølgespektroskopi Oversigt med video
• Spredning af bølgespektroskopi Oversigt med animationer
• Partikelstørrelse ved hjælp af diffuserende bølgespektroskopi