应用低相干动态光散射法测量悬浮液中的颗粒粒径分布

利用低相干动态光散射法测量不同浓度悬浮液中的颗粒粒径分布。由低相干光源和迈克尔逊干涉仪,结合传统的动态光散射技术组成低相干动态光散射装置,通过检测单次背散射光的能谱分布,利用CONTIN算法得到不同浓度悬浮液中颗粒的粒径分布。结果表明,对于1%～10%体积浓度范围内的单分散悬浮液羊品测量得到的颗粒粒径精确度在4%以内。     

拖曳效应对低相干动态光散射测量粒径的影响

低相干动态光散射技术利用低相干干涉计的特性,有效抑制了从浓悬浮液中散射的多次散射光,从而能够检测到的单散射光信号中获取颗粒的动态信息。该技术以单散射理论为解析基础,为避免多重散射的影响,测量区域一般局限于固-液界面附近。分析了固-液界面附近壁的拖曳效应对粒径测量值的影响。利用相位调制低相干动态光散射装置,对体积分数为10%的不同粒径的标准聚苯乙烯溶液进行了检测。通过对结果考虑拖曳效应进行修正,发现不同粒径的粒子在界面附近10～30μm范围内的测量值与给定粒径值标准偏差在5%以内。表明在低相干动态光散射光程可分割测量中,考虑拖曳效应的影响,可以对固-液界面附近的测量结果通过修正并得到准确的颗粒大小信息。     

低相干动态光散射研究浓悬浮液中布朗运动粒子的扩散特性

利用低相干动态光散射方法研究了悬浮液中布朗运动颗粒的扩散特性。利用单散射理论,考虑悬浮液的折射率随分数的变化,通过解析检测到的单散射光的光谱得到不同分数悬浮液中颗粒的有效扩散系数。讨论了三种不同粒径颗粒的有效扩散系数随悬浮液体积分数的变化关系。结果表明,浓悬浮液中布朗运动颗粒的扩散特性受到静态结构因子及颗粒间流体动力学相互作用的影响,随体积分数的增加而减小。在0.01～0.2的体积分数范围内,有效扩散系数测量值与采用Percus-Yevick近似和Cohen-de Schepper近似得到的理论值吻合较好。证明了低相干动态光散射法可用来研究不同体积分数的悬浮液中颗粒的扩散特性。     

大气颗粒物近前向光散射特性研究EI北大核心CSCD

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

动态光散射研究纳米级PBA/PMMA核壳颗粒的散射特性

运用动态光散射仪研究PBA(聚丙烯酸丁脂)为核,PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)为壳的核壳双层结构颗粒的角度散射光,并通过测量得到的粒径分布进行理论计算,结果表明:测量结果与理论计算结果总体趋势一致,但在前向散射和后向散射两者相差较大,主要由于动态光散射仪测量粒径分布时反演算法剔除占比例很小的大颗粒造成的.     

基于偏振门的动态光散射颗粒测量法的研究

为了解决动态光散射纳米颗粒测量技术无法测量高浓度颗粒粒径的难题,提出了一种基于偏振门的动态光散射测量法。从动态光散射和Mie理论出发,理论分析了在高浓度溶液下多重散射效应对散射光偏振态和颗粒粒度测量结果的影响。根据散射光偏振特点,结合偏振门检测技术,改进了传统的动态光散射光学系统。实验研究了在低浓度和高浓度溶液时,不同偏振角度下的散射光强和粒度测量值,完善了散射光的偏振理论。采用90°偏振门检偏,通过各种浓度下的实验,证明了方法的可行性。该方法较之目前同类方法具有原理和结构简单,系统易于维护的特点。     

基于后向散射的高浓度纳米颗粒粒度分布测量方法研究

传统的动态光散射法通常采集侧向散射进行纳米颗粒粒度分布的测量,由于多次散射的影响,利用侧向散射不能准确测量高浓度样品的颗粒粒度分布。针对该问题,对后向散射测量方法进行了研究,在实验基础上提出了后向散射最佳光程的判断准则。在不同样品浓度下,用侧向散射和后向散射方法对标称粒径分别为110 nm、220 nm的聚苯乙烯乳胶球颗粒进行了测量。实验结果表明,对于高浓度的待测样品,后向散射测量方法通过自适应调整光程,在最优光程处进行测量,能够有效得到高浓度纳米颗粒的粒径及粒度分布,测量结果相对误差为2.72%。     

利用低相干光纤动态光散射法测量浓悬浮液中多分散颗粒粒径分布

本文针对高浓度散射介质,用低相干光纤动态光散射技术测量浓悬浮液中多分散颗粒系的粒径及其粒径分布。利用迭代CONTIN算法对实验数据进行反演运算,得到多分散颗粒系的粒径分布结果。结果表明,浓悬浮液中多分散颗粒系的峰值粒径测量值与给定的两种标准粒径值相吻合,其误差在4%之内,粒径分布曲线中各散射颗粒所反映的散射体光强分布与根据Mie散射计算得到的理论值相吻合。实验结果证明低相干光纤动态光散射实验系统能准确测量浓悬浮液中多分散颗粒粒径及粒径分布。     

动态光散射实验中散射光偏振状态的研究

颗粒散射光的偏振状态对提高动态光散射实验系统空间相干性和测量结果正确性有着重要影响,因此研究散射光的偏振状态具有重要现实意义的。本文利用米散射理论分析了入射光与散射光偏振状态之间的关系,在此基础上揭示了在动态光散射中使用垂直偏振光作为入射光的理论依据,并在实验中验证了上述理论的正确性。     

基于衍射层析理论的弱散射单颗粒粒径反演方法

衍射层析理论揭示了物体的散射场分布与物体的散射势之间存在傅里叶变换关系。基于衍射层析理论,提出一种反演未知折射率的浮游植物及其它弱散射颗粒粒径的方法。利用单波长、大角度范围内的散射光分布信息,通过傅里叶变换得到颗粒散射势的二次投影函数,进而获得颗粒粒径。进行数值仿真实验,并针对不同的测量角度范围、测量角度分辨率进行比较分析,结果表明:本文所开发的粒径反演算法可以通过测量大角度散射光分布,在适度噪声存在的情况下,准确反演与入射光波长相比拟的单个弱散射球形颗粒粒径。这一方法可用于测量未知折射率的浮游植物及其它微小颗粒粒径。     

Measurement of optical constants for dense media by low-coherence dynamic light scattering

We perform the optical constants measurements for different absorption dense media by low-coherence dynamic light scattering (DLS) technique. The estimated particle size is used to calculate the scattering coefficient of particles suspended in dense media. The path-length resolved intensity distributions of light backscattered from the absorbing dense media are investigated experimentally by virtue of path-length resolved performance in low-coherence DLS measurements. The absorption coefficient can be obtained by applying the measured path-length resolved intensity distributions to the modified Lambert-Beer law. As a result, we proposed a new low-coherence DLS technique in simultaneous measurement of the scattering and absorption coefficients of absorbing dense media.     

两种按比例混合颗粒系的多次散射模拟

一种颗粒与其他种类的颗粒混合后, 会使其散射特性发生变化, 本文研究了水云中混有黑炭气溶胶后的散射特性变化. 根据Mie理论计算了水云和黑炭气溶胶散射相函数、单次散射反照率和不对称因子. 给出了混合颗粒系的蒙特卡罗模拟方法, 给出了颗粒碰撞类型抽样、自由程抽样和根据Mie相函数进行散射方向抽样的方法. 计算了光垂直入射时, 水云和黑炭气溶胶混合颗粒系的反射光强随观测角的变化, 并计算了平面反照率随入射角的变化, 讨论了黑炭气溶胶的有效半径、混合比例对整个混合颗粒系散射特性的影响. 计算结果表明, 水云中混合黑炭会加强其吸收, 且黑炭的比例和尺寸不同其散射特性差异较大.     

群体雾粒子散射模型及散射角谱研究

 如何提高制导精度是研制制导系统所要关心的问题，在有雾的天气情况下，群体雾粒子的散射是影响制导精度的重要因素之一。在Mie理论的基础上，从单个球形粒子的散射效率因子出发，得到了1～6μm群体粒子的散射系数。根据布格尔定律导出了群体粒子对激光束的散射光强表达式，然后在接收器视场角范围内，模拟了散射光强的分布情况。结果表明，沿着激光束的传播方向，散射光强存在比较大的起伏，并且越靠近接收器的视场中轴线，散射光强有减少的趋势。     

复合金属粒子散射强度分布的计算与分析

根据Mie散射理论,对金银复合粒子的散射强度和偏振度进行了数值计算与理论分析,得到了散射强度、偏振度与散射角、入射波长及核壳大小之间的关系。结果表明,入射波长越大,前向散射越强,易出现线偏振光;而核壳半径越大,背向散射越弱,易出现退偏振现象。该结论对金银复合材料光学特性方面的开发和应用提供理论参考。     

Light scattering from colloids

This paper presents a review of light scattering results on static and dynamic properties of ordered colloidal suspensions of charged polystyrene particles and fractal colloidal aggregates. Our studies on static structure factor,S(Q), of ordered monodisperse colloidal suspensions and binary mixtures of particles with different particle diameters, measured by angle-resolved Rayleigh scattering will be discussed. This will include determination of bulk modulus using gravitational compression and observation of colloidal glass (inferred from splitting of the second peak inS(Q)). Dynamic light scattering, with real time analysis of scattered intensity fluctuations, is used to get information about Brownian dynamics of the particles. Recent advances in the field of light scattering from colloidal aggregates which show fractal geometry will also be discussed.     

群体雾粒子对激光束散射光强的角谱分析

在Mie理论的基础上,从单个球形粒子的散射效率因子出发,得到了1—6μm群体粒子的散射系数。根据布格尔定律导出了群体粒子对激光束的散射光强表达式,在接收器视场角范围内,模拟了散射光强的分布情况,结果表明,沿着激光束的传播方向,散射光强存在比较大的起伏,并且越靠近接收器的视场中轴线,散射光强有减少的趋势。     

Angle step selection for geometrical-optics approximation in light scattering

On the basis of the Shannon sampling theorem, we present a relationship between the maximal scattering angle step and the radius of particles in the calculation of light scattering intensity distribution. For the first rainbow intensity application, the relationship between the maximal scattering angle step and radius of particles is derived from that between the ripple frequency and radius and refractive index of particles using this method. For the geometrical-optics approximation, the incident angle is used to calculate the scattering intensity distribution. To get the highest speed, the maximal incident angle step is necessary. The relationship between the maximal step of incident angle and radius of particles is deduced from the maximal scattering angle step equation. As indicated by our result, the maximal step of the incident angle is not a constant and it varies with incident angle.     

红外区磷化稼散射强度的计算与分析

根据Mie散射理论,对磷化稼粒子光散射特性进行了数值计算与理论分析,得到了散射强度与散射角、入射波长以及偏振度与散射角的关系。研究表明,红外波段光散射很小,前向散射占有优势,粒子半径越大,前向散射越强,并且在散射角900方向上能观测到线偏振光,对研究GaP红外光学特性提供了理论参考。     

Particle Manipulation by Ultrasonic Standing Wave Fields to complement dynamic light scattering experiments

Dynamic light scattering is a widely used technique for the sizing of colloidal suspensions. It is capable of measuring particles across the size range from approximately 1 nm to several microns. However the larger particle sizes tend to pose problems for the interpretation of the scattered light signal either by virtue of their light scattering efficiency relative to the smaller species present or the departure of the scattered light signal from Gaussian statistics. Rapid removal of such particles in-situ could extend the use of dynamic light scattering particularly in on-line analysis or laboratory automated measurement. In this paper a method is demonstrated for the in-situ removal of larger particles in suspension by means of ultrasonic standing waves and concurrent dynamic light scattering measurement. The theory behind ultrasonic particle manipulation and its effect on the motion of the particles is discussed. Data from a scattering cell designed to incorporate the ultrasonic technology is presented showing that dynamic light scattering measurements may be carried out under such conditions. Varying the energy density of the ultrasonic field allows particles greater than a defined cut-off diameter to be removed from the measurement region. Theory shows that the minimum cut-off size may be as small as 100 nm. Results presented here demonstrate complete removal at a lower diameter threshold of approximately 2000 nm.     

光学厚度对颗粒媒质的多重散射的影响

基于辐射传播方程及多重散射基础理论,利用Fraunhofer近似,对颗粒媒质的多重散射光强进行了计算。研究了光学厚度对多重散射的影响,揭示了多重光散射的角分布特征,光强大小随光学厚度的变化,以及单散射引起的误差等方面的规律。为实际的颗粒媒质的光学测量等提供了理论根据。