Diffuse-golf spectroscopie - Diffusing-wave spectroscopy

Diffusiegolfspectroscopie (DWS) is een optische techniek die is afgeleid van dynamische lichtverstrooiing (DLS) die de dynamiek van verstrooid licht bestudeert in de limiet van sterke meervoudige verstrooiing. Het is in het verleden veel gebruikt om colloïdale suspensies , emulsies , schuimen , gels, biologische media en andere vormen van zachte materie te bestuderen . Indien zorgvuldig gekalibreerd, maakt DWS de kwantitatieve meting van microscopische bewegingen in een zacht materiaal mogelijk, waaruit de reologische eigenschappen van het complexe medium kunnen worden geëxtraheerd via de microreologiebenadering .

Een-spikkel diffuse-golf spectroscopie

Laserlicht wordt naar het monster gestuurd en het doorgelaten of terugverstrooide licht wordt gedetecteerd door een opto-elektrische sensor. De gedetecteerde lichtintensiteit is het resultaat van de interferentie van alle optische golven afkomstig van de verschillende lichtpaden.

• 

  Typische opstelling van diffuse-golfspectroscopie

Het signaal wordt geanalyseerd door de intensiteits- autocorrelatiefunctie , g ₂ genaamd, te berekenen . ${\displaystyle g_{2}(\tau)={\frac {\langle I(t)I(t+\tau)\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{ 2}}}}$

Voor niet-interagerende deeltjes gesuspendeerd in een (complexe) vloeistof kan een directe relatie tussen g ₂ -1 en de gemiddelde kwadratische verplaatsing van de deeltjes <Δr ² > worden vastgesteld. Laten we P(s) de kansdichtheidsfunctie (PDF) van de fotonpadlengte s noteren. De relatie kan als volgt worden geschreven:

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

met en is het transportgemiddelde vrije pad van verstrooid licht. ${\displaystyle k_{0}={\frac {2\pi n}{\lambda }}}$${\displaystyle l*}$

Voor eenvoudige celgeometrieën is het dus mogelijk om de gemiddelde kwadratische verplaatsing van de deeltjes <Δr ² > analytisch te berekenen uit de gemeten g ₂ -1-waarden. Voor bijvoorbeeld de terugverstrooiingsgeometrie, een oneindig dikke cel, grote laservlekverlichting en detectie van fotonen die uit het midden van de vlek komen, is de relatie tussen g ₂ -1 en <Δr ² >:

${\displaystyle g_{2}(\tau)-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau)\rangle k_{0}^{2} }}\Rechtsaf)}$, γ-waarde ligt rond de 2.

Voor minder dikke cellen en in transmissie hangt de relatie ook af van l* (de transportlengte).

Multispeckle Diffusing-Golf Spectroscopie (MSDWS)

Deze techniek gebruikt ofwel een camera om veel spikkelkorrels te detecteren (zie spikkelpatroon ) of een matglas om een ​​groot aantal spikkelrealisaties te creëren (Echo-DWS). In beide gevallen wordt een gemiddelde over een groot aantal statistisch onafhankelijke intensiteitswaarden verkregen, waardoor een veel snellere data-acquisitietijd mogelijk is.

• 

  Typische opzet van Multispeckle Diffusing-wave spectroscopie

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

MSDWS is in het bijzonder geschikt voor de studie van langzame dynamiek en niet-ergodische media. Echo-DWS maakt naadloze integratie van MSDWS mogelijk in een traditioneel DWS-schema met superieure temporele resolutie tot 12 ns. Op camera gebaseerde adaptieve beeldverwerking maakt online meting van de deeltjesdynamiek mogelijk, bijvoorbeeld tijdens het drogen.

Referenties

Externe links

• Overzicht diffuse golfspectroscopie met video
• Overzicht van diffuse golfspectroscopie met animaties
• Deeltjesgroottebepaling met behulp van diffuse golfspectroscopie