Haja -aallon spektroskopia - Diffusing-wave spectroscopy

Haja-aaltospektroskopia (DWS) on optinen tekniikka, joka on johdettu dynaamisesta valonsironnasta (DLS) ja joka tutkii hajavalon dynamiikkaa voimakkaan monisironnan rajoissa. Sitä on käytetty aiemmin laajalti kolloidisten suspensioiden , emulsioiden , vaahtojen , geelien, biologisten väliaineiden ja muiden pehmeän aineen muotojen tutkimiseen . Huolellisesti kalibroituna DWS mahdollistaa mikroskooppisen liikkeen kvantitatiivisen mittaamisen pehmeässä materiaalissa, josta monimutkaisen väliaineen reologiset ominaisuudet voidaan ottaa pois mikroteologisen lähestymistavan avulla.

Yhden täplän diffuusioaaltospektroskopia

Laservalo lähetetään näytteelle ja optoelektrinen anturi havaitsee lähtevän tai takaisinsironneen valon. Havaittu valon voimakkuus on seurausta kaikkien eri valopolkujen tulevien optisten aaltojen häiriöistä.

• 

  Tyypillinen diffuusioaaltospektroskopian asetus

Signaali analysoidaan laskemalla intensiteetin autokorrelaatiofunktio nimeltä g ₂ . ${\ displaystyle g_ {2} (\ tau) = {\ frac {\ langle I (t) I (t+\ tau) \ rangle _ {t}} {\ langle I (t) \ rangle _ {t}^{ 2}}}}$

Jos kyseessä ovat (monimutkainen) nesteeseen suspendoituneet vuorovaikutuksessa olevat hiukkaset, suora suhde g ₂ -1: n ja hiukkasten keskimääräisen neliösiirtymän <Δr ² > välillä voidaan määrittää. Huomaa P (s) fotoniradan pituuden s todennäköisyystiheysfunktio (PDF). Suhde voidaan kirjoittaa seuraavasti:

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

kanssa ja on liikenteen vapaa matka hajallaan valoa. ${\ displaystyle k_ {0} = {\ frac {2 \ pi n} {\ lambda}}}$${\ displaystyle l*}$

Yksinkertaisille solugeometrioille on siten mahdollista laskea hiukkasten keskimääräinen neliösiirtymä <Δr ² > mitatuista g ₂ -1 -arvoista analyyttisesti. Esimerkiksi takaisinsirontageometria, äärettömän paksu solu, suuri laserpistevalaistus ja pisteiden keskeltä tulevien fotonien havaitseminen, g ₂ -1: n ja <Δr ² >: n suhde on:

${\ displaystyle g_ {2} (\ tau) -1 = \ exp \ left (-2 \ gamma {\ sqrt {\ langle \ Delta r^{2} (\ tau) \ rangle k_ {0}^{2} }} \ oikea)}$, γ -arvo on noin 2.

Vähemmän paksujen solujen ja lähetyksen suhteen suhde riippuu myös l*: sta (kuljetuspituus).

Multispeckle Diffusing-Wave Spectroscopy (MSDWS)

Tämä tekniikka joko käyttää kameraa monien pilkkujen havaitsemiseksi (katso pilkkukuvio ) tai hiottu lasi suuren määrän pilkkujen toteuttamiseksi (Echo-DWS). Molemmissa tapauksissa saadaan keskimäärin lukuisia tilastollisesti riippumattomia voimakkuusarvoja, mikä mahdollistaa paljon nopeamman tiedonkeruuajan.

• 

  Tyypillinen monisäikeisen diffuusioaaltospektroskopian asetus

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

MSDWS on erityisesti sovitettu hitaan dynamiikan ja ei -ergodisen median tutkimukseen. Echo-DWS mahdollistaa saumattomasti MSDWS: n integroinnin perinteiseen DWS-järjestelmään, jonka ajallinen resoluutio on jopa 12 ns. Kamerapohjainen mukautuva kuvankäsittely mahdollistaa hiukkasten dynamiikan online -mittaamisen esimerkiksi kuivauksen aikana.

Viitteet

Ulkoiset linkit

• Hajanaisen aallon spektroskopian yleiskatsaus videolla
• Hajanaisten aaltojen spektroskopian yleiskatsaus animaatioilla
• Hiukkasten mitoitus hajautuvan aaltospektroskopian avulla