Оценка размеров наночастиц в суспензиях методом кросс-корреляции

Внедрение: 2019 г.

В статье [1] представлен метод взаимной корреляции для оценки размера наночастиц в монодисперсных коллоидных растворах и суспензиях. Описана оригинальная схема экспериментальной установки для проведения кросс-корреляционных экспериментов. Результаты измерений для жидкого образца с дисперсными частицами представлены для метода взаимной корреляции и классического метода динамического рассеяния света, в котором вместо функции взаимной корреляции сигналов рассеяния вычисляется автокорреляционная функция.

На рисунке 1 приведена схема экспериментальной установки для проведения измерений методом взаимной корреляции для исследования неразбавленных образцов. Метод основан на анализе спеклов, образовавшихся в результате рассеяния лазерного излучения от случайной дисперсной системы, в которой частицы находятся в непрерывном хаотическом движении. Спекл-картина является результатом когерентного рассеяния света от частиц. Характер спекл-картины зависит от скоростей частиц, которые, в свою очередь, зависят от размеров диффузоров. Источником когерентного монохроматического излучения является полупроводниковый лазер, который является частью лазерного модуля.

Рисунок 1. Блок-схема установки: 1 – полупроводниковый лазерный модуль, 2 – светоделитель, 3 – собирающая линза, 4 – рассеивающая ячейка, 5 – многомодовые оптические волокна, 6 – фотоумножители, 7 – Модуль АЦП E20‑10, 8 – компьютер.

Сигналы от фотоумножителей оцифровываются модулем АЦП E20‑10. Он передает данные рассеяния на компьютер, где вычисляется нормализованная функция взаимной корреляции интенсивности рассеянного света. Использование компьютера и АЦП вместо цифрового коррелятора позволило снизить стоимость экспериментальной установки и сделать ее более компактной и универсальной.

Были проведены измерения для водных растворов и суспензий с частицами разных размеров и разных концентраций. На рисунке 2 показан пример экспериментальных графиков автокорреляционных и взаимно-корреляционных функций.

Рисунок 2. Графики автокорреляционных и взаимно-корреляционных функций, полученных при обработке сигналов рассеяния из раствора родамина.

Полученные результаты демонстрируют тот факт, что для сильно разбавленных образцов автокорреляция и взаимная корреляция дают одинаковый результат. Поскольку метод взаимной корреляции также применим к мутным образцам, это дает ему значительное преимущество по сравнению с методом динамического рассеяния света.

В будущем автором планируется усовершенствовать метод взаимной корреляции, чтобы его можно было использовать для точного определения распределения частиц по размерам в жидких образцах.

Работа поддержана Государственным заданием по научной деятельности для вузов (проект № 3.5469.2017).

Источник:

Z.A. Zabalueva 2019 J. Phys.: Conf. Ser. 1326 012020

Разработчик: Забалуева З.А. (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)