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      DWS RheoLab擴散波普儀

      時間:[2018-12-28]  來源:

      生產廠家:瑞士光散射儀器公司 型號:DWS RheoLab

      (1)儀器簡介

      擴散波譜儀( Diffusing Wave Spectroscopy, 簡稱DWS)是一項可用于表征光學渾濁介質的現代化光散射技術,能直接對渾濁或高濃度的樣品體系進行直接測試而無需稀釋。另外,DWS還能滿足其他軟物質體系表征的需求,可以與傳統的光散射、流變等儀器形成良好的互補。具有測試速度快,測量頻率高,樣品需求量少,結果重現性佳的特點。

      (2)工作原理

      當光源透過含有粒子的樣品時,粒子會以“布朗運動”的方式呈現隨機漫步(random walk)的移動狀態,如圖1所示。測量布朗運動下散射光強漲落的情況,可以計算出強度相關函數(intensity correlation function , ICF)與粒子的均方位移(mean square displacement, MSD)。如圖所示,透射光強度隨時間變動,呈現斑點圖案,這是散射粒子在樣品中的運動與相干的光源共同作用的結果。粒子在樣品中所進行的布朗運動對其局部所處的流變環境非常敏感。因此,觀察粒子的運動可以有效表征介質的流變學特性。


      圖1 擴散波光譜法的實驗示意圖

      光被粒子連續地散射時可形成“擴散”現象。如果散射粒子處于運動狀態,將會形成“沸騰狀散斑圖案”(boiling speckle pattern)。從其波動的強度中可以計算出均方位移,進一步可得到儲存模量G'(ω)和損耗模量G''(ω)。

      DWS量測與分析散射光強度隨時間變動的方式與動態光散射法(dynamic light scattering, DLS )相似:先計算光強度相關函數,再得到粒子的均方位移。但是擴散波譜檢測的是多重散射,而在動態光散射法中,光子只被散射一次。因此,比較而言,擴散波光譜法對于小粒子的位移更加靈敏。而且動態光散射法通常量測幾個納米的位移,擴散波光譜法則可以量測亞納米的位移。結果顯示,擴散波光譜法是研究慢動力學(slow dynamics )和非遍歷體系(non-ergodic)樣品,如凝膠、泡沫,和高濃縮懸浮液的絕佳工具。此外,結合高效率的光電探測器,擴散波光譜法可以量測粒子在高達106 Hz頻率下的位移。這樣的頻率范圍是其它技術無法達到的。

      (3)儀器主要參數

      • 兩種模式:背散射和前散射

      • 光源:半導體激光光源(685nm,40mW,單模TEM00,相干長度>10m,安全等級為1級)

      • 計數檢測器:兩個高檢測效率(65% @ 685 nm)的單光子

      • 線性相關器:雙通道快速多tau

      • 測試溫度范圍:4℃-110℃,在實驗室溫度不高于23℃時,溫控精度+/-0.02℃

      • 測試儲存模量G’和損耗模量G’’范圍:1Hz-10MHz

      • 彈性范圍:1 Pa-50kPa

      • 樣品粘度:>1mPas

      • 樣品池支架光程范圍:1-10 mm,可使用標準的光學池

      • 樣品量:在使用1 mm樣品池時樣品需求量降至150μL

      (4)應用領域

      DWS RheoLab主要應用于微流變學(microrheology)和粒徑分析(particle sizing)。兩者均是應用擴散波光譜法,測量背散射光或前散射光(透射光)隨時間的漲落,得到溶劑中分散粒子的均方位移。

      1)激光微流變

      DWS RheoLab采用雙池技術,用于非遍歷性樣品表征;幾乎適用于任何>1%的樣品濃度(和粒徑有關),透明樣品需加入示蹤粒子;可以測量穩定性,老化性以及凝膠點等。

      2)粒徑分析

      DWS RheoLab可以測量平均粒徑,測量范圍為50 nm-1 μm;適用于顆粒濃度最高為20%的牛頓流體體系,能獲得高分散性樣品的平均粒徑。

      (5)參考文獻

      [1] J. Liu,V. Boyko,Z. Yi,Y. Men, Temperature-Dependent Gelation Process in Colloidal Dispersions by Diffusing Wave Spectroscopy, Langmuir, 2013, 29 (46), pp 14044-14049.

      [2] Francesco Del Giudice, Manlio Tassieri, Claude Oelschlaeger, and Amy Q. Shen, When Microrheology, Bulk Rheology, and Microfluidics Meet: Broadband Rheology of Hydroxyethyl Cellulose Water Solutions, Macromolecules, 2017, 50 (7), pp 2951-2963.

      [3] Yuanfeng Li, Yong Liu, Rujiang Ma, Yanling Xu, Yunliang Zhang, Baoxin Li, Yingli An, and Linqi Shi, AG?Quadruplex Hydrogel via Multicomponent Self-Assembly: Formation and Zero-Order Controlled Release, ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9, 15, pp 13056-13067.

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