|
廣角動(dòng)靜態(tài)激光光散射儀是一種研究級(jí)的光散射儀器，以動(dòng)態(tài)和靜態(tài)光散射兩種理論為基礎(chǔ)，能給出多方面的信息。以動(dòng)態(tài)光散射原理為基礎(chǔ)，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性研究，測(cè)量粒度及其分布、擴(kuò)散系數(shù)、體系聚集與生長(zhǎng)、擴(kuò)散波譜、規(guī)則樣品的形貌分析等。以靜態(tài)光散射為理論基礎(chǔ)，進(jìn)行高聚物特性研究。測(cè)量分子量、均方根回轉(zhuǎn)半徑、第二維里系數(shù)、聚合物分子在溶液中的形狀等。由于儀器的角度是連續(xù)變化的，研究范圍比普通的固定角度的靜態(tài)光散射儀更廣，可以根據(jù)樣品和體系的特殊性進(jìn)行角度的調(diào)整與設(shè)定。
將靜態(tài)和動(dòng)態(tài)光散射有機(jī)地結(jié)合在一起，研究高聚物以及膠體粒子在溶液中的許多涉及質(zhì)量和流體力學(xué)體積變化的過(guò)程，如聚集與分散、結(jié)晶與溶解、吸附與解吸、高分子鏈的伸展與蜷縮等過(guò)程。此外還可用于聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究、聚合物締合、團(tuán)聚現(xiàn)象等。
廣角動(dòng)靜態(tài)激光光散射儀的測(cè)量原理：
一束光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，在入射光方向以外的各個(gè)方向也能觀察到光強(qiáng)的現(xiàn)象稱(chēng)為光散射現(xiàn)象。光波的電場(chǎng)振動(dòng)頻率很高，約為1015/s數(shù)量級(jí)，而原子核的質(zhì)量大，無(wú)法跟著電場(chǎng)進(jìn)行振動(dòng)，這樣被迫振動(dòng)的電子就成為二次波源，向各個(gè)方向發(fā)射電磁波，也就是散射光。因此，散射光是二次發(fā)射光波。介質(zhì)的散射光強(qiáng)應(yīng)是各個(gè)散射質(zhì)點(diǎn)的散射光波幅的加和。光散射法研究高聚物的溶液性質(zhì)時(shí)，溶液濃度比較稀，分子間距離較大，一般情況下不產(chǎn)生分子之間的散射光的外干涉。若從分子中某一部分發(fā)出的散射光與從同一分子的另一部分發(fā)出的散射光相互干涉，稱(chēng)為內(nèi)干涉。假若溶質(zhì)分子尺寸比光波波長(zhǎng)小得多時(shí)（即≤1/20λ，λ是光波在介質(zhì)里的波長(zhǎng)），溶質(zhì)分子之間的距離比較大，各個(gè)散射質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的散射光波是不相干的；假如溶質(zhì)分子的尺寸與入射光在介質(zhì)里的波長(zhǎng)處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，那末同一溶質(zhì)分子內(nèi)各散射質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的散射光波就有相互干涉，這種內(nèi)干涉現(xiàn)象是研究大分子尺寸的基礎(chǔ)。
動(dòng)態(tài)光散射：
動(dòng)態(tài)光散射又稱(chēng)為準(zhǔn)彈性光散射，主要原理為：聚合物高分子在溶液中進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)，入射光通過(guò)高分子鏈時(shí)發(fā)生散射，散射光產(chǎn)生多普勒位移，通過(guò)測(cè)定散射光頻率與入射光頻率之差，得到高分子布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的平移擴(kuò)散系數(shù)和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)有濃度依賴(lài)和分子量依賴(lài)性，從而獲得分子尺寸。
采用動(dòng)態(tài)光散射方法，可以研究不同濃度、不同礦化度聚合物溶液中水動(dòng)力學(xué)半徑的變化規(guī)律。將高分子線團(tuán)看作一個(gè)直徑為Dh的等效圓球，即假設(shè)高分子鏈團(tuán)為微球模型。微球主體是一個(gè)結(jié)構(gòu)獨(dú)立但相對(duì)松散的線團(tuán)，這個(gè)線團(tuán)在布朗運(yùn)動(dòng)中還會(huì)帶走一部分溶劑，微球中含有n個(gè)高分子鏈相互纏結(jié)在一起，密度比較大，周?chē)侨軇┗p電子層，這個(gè)線團(tuán)及周?chē)p電層的尺寸即為高分子水動(dòng)力學(xué)尺寸。
靜態(tài)光散射：
如果將溶液中的聚合物分子看作一個(gè)個(gè)各向同性的粒子，以一定頻率的入射光照射這些粒子，它們不吸收入射光能量，而僅作為二次波源向各個(gè)方向發(fā)射與入射光頻率相同的球面散射光，這種沒(méi)有頻率位移（即無(wú)能量變化）的散射稱(chēng)為彈性光散射，也常稱(chēng)為靜態(tài)光散射。
在靜態(tài)光散射情況下，通常用瑞利比來(lái)表征一個(gè)體系的散射能力和角度依賴(lài)性。對(duì)于同一臺(tái)廣角動(dòng)靜態(tài)激光光散射儀，通過(guò)已知瑞利比的溶劑（如苯）在某一角度（通常為90°）對(duì)儀器進(jìn)行校正后，再利用低聚物在不同角度散射光強(qiáng)度相同的原理，對(duì)儀器不同角度檢測(cè)器信號(hào)進(jìn)行校正后得到的檢測(cè)器電信號(hào)即為聚合物溶液散射光強(qiáng)大小，因而可測(cè)出聚合物溶液的瑞利比。
通過(guò)靜態(tài)光散射測(cè)量可以Rg，聚合物均方根旋轉(zhuǎn)半徑，即鏈質(zhì)量中心至各個(gè)鏈段距離平方的平均值的平方根（nm）。大分子的散射強(qiáng)度不僅與重均分子量和樣品溶液濃度有關(guān)，還與散射角和分子半徑有關(guān)，即有角度依賴(lài)性。
|
