雷射光散射譜儀測量原理

2021-02-15 高分子物理學

雷射光散射譜儀是一種多用於物理學領域的測試儀器, 它包括靜態光散射和動態光散兩大功能。靜態光散射可以測定高聚物分子 量、均方半徑和第二維裡係數等重要數據。動態光散射可測定溶液中大分子或膠體質點的平 動擴散係數及流體力學半徑。

測定高分子的相對分子質量一般採用靜態光散射的原理。

在進行靜態光散射測量時 , 需分為兩種情況進行考慮 :

1.對於小粒子 ( <λ/ 20 , λ是入射光在介質中的波長) 做靜態光散射測量時, 由於入射 光為垂直偏振光,並且是在水平方向進行觀 測，因此散射光強無角度依賴性.對體系中不同濃度的樣品只需在一個角度上測定散射光強 ,通常是在散射角為90°的位置上進行光散射的測量 , 因為在 90°受雜散光幹擾最小。利用式 (1) , 經濃度外推 即可求出大分子分子量 M 和第二維裡係數A2

2.對於大粒子 (>λ / 20 ) 做靜態光散射測量,要考慮內幹涉的影響 , 其主要結果是前後向散射呈不對稱分布，內幹涉程度與質點大小及 形狀有關 , 因此需對不同溶液濃度的樣品在不同散射角度上測量 散射光強 , 稱為掃角。利用式（2）分別對濃度和角度進行外推，可得到M、A2和均方半徑Rg ,即通常所說的Zimm作圖法。本方法的適用範圍是0.05≤Rg/λ≤0.5

雷射光散射譜儀一般包括光源、聚焦光路、測量光路及信號處理系統幾個部分。在儀器的入射光路,來自雷射器的垂直偏振的單色光經平面鏡和光闌孔後進入起偏器。在起偏器上分出少部分光由硒光電池接受,再輸入到數字電壓表以監測入射光強度。入射主光束經透鏡會聚於盛樣品液的散射池的中心軸上。測量光路安置在可轉動的臂測量上,測量臂的轉動由步進電機驅動,而步進電機由多道程序器進行控制。從散射池發出的散射光經測量臂的檢偏器和透鏡會聚在光電倍增管上,其輸出信號經放大、甄別,若輸入計數器,可進行光子計數,測定靜態散射光強，得到入射光強I0和散射光強Iθ後，即可得到瑞利比Rθ從而可以根據上述的基本原理測定高分子溶液的重均分子量。

雷射光散射譜儀的測定原理可以根據光散射法測定分子量的原理來理解：光散射法的原理是高分子溶液的散射光強遠遠大於純溶劑的散射光強，且散射光的強度隨著溶質相對分子質量和溶液濃度的增大而增大，因此，可以通過測定散射光的強度，通過計算獲得高分子溶液分子量，而雷射光散射譜儀可以測定入射光強度和散射光強度，因此，可通過雷射光散射譜儀來獲得高分子溶液分子量。

參考文獻：

雷射光散射譜儀的數據採集與處理系統[J].鄭容 吳佩強.計算機與應用化學.1998(02)

光散射技術及其在高分子溶液研究中的應用[J].鄭斌 趙敏敏 吳周 強張 維沈彤.廣州化工. 2014年01期 :26-29

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