गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन

दो नमूनों का काल्पनिक गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन: शीर्ष पर बड़े कण और तल पर छोटे कण

डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (डीएलएस) भौतिकी में तकनीक है जिसका उपयोग छोटे विक्षनरी के आकार वितरण प्रोफ़ाइल को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है: निलंबन (रसायन विज्ञान) में कण या समाधान (रसायन विज्ञान) में पॉलिमर।^[1] डीएलएस के दायरे में, अस्थायी उतार-चढ़ाव का आमतौर पर तीव्रता या फोटॉन ऑटो-सहसंबंध फ़ंक्शन (जिसे फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी या अर्ध-लोचदार प्रकाश बिखरने के रूप में भी जाना जाता है) का उपयोग करके विश्लेषण किया जाता है। समय डोमेन विश्लेषण में, ऑटोकॉरेलेशन फ़ंक्शन (एसीएफ) आमतौर पर शून्य विलंब समय से शुरू होता है, और छोटे कणों के कारण तेज गतिकी बिखरी हुई तीव्रता के ट्रेस के तेजी से अलंकरण की ओर ले जाती है। यह दिखाया गया है कि तीव्रता एसीएफ स्पेक्ट्रल घनत्व का फूरियर रूपांतरण है, और इसलिए वर्णक्रमीय घनत्व में डीएलएस माप समान रूप से अच्छी तरह से किया जा सकता है।^[2]^[3] डीएलएस का उपयोग जटिल तरल पदार्थ जैसे केंद्रित बहुलक समाधान के व्यवहार की जांच के लिए भी किया जा सकता है।

सेटअप

मोनोक्रोमैटिक प्रकाश स्रोत, आमतौर पर लेज़र, पोलराइज़र के माध्यम से और नमूने में शूट किया जाता है। बिखरी हुई रोशनी फिर दूसरे ध्रुवीकरण के माध्यम से जाती है जहां इसे फोटोमल्टीप्लायर द्वारा एकत्र किया जाता है और परिणामी छवि को स्क्रीन पर प्रक्षेपित किया जाता है। इसे धब्बेदार पैटर्न (चित्र 1) के रूप में जाना जाता है।^[4]

चित्रा 1. विशिष्ट धब्बेदार पैटर्न।

विलयन के सभी अणु प्रकाश से टकरा रहे हैं और सभी अणु प्रकाश को सभी दिशाओं में विवर्तित कर रहे हैं। सभी अणुओं से विवर्तित प्रकाश या तो रचनात्मक रूप से (प्रकाश क्षेत्रों) या विनाशकारी रूप से (अंधेरे क्षेत्रों) में हस्तक्षेप कर सकता है। यह प्रक्रिया कम समय के अंतराल पर दोहराई जाती है और धब्बेदार पैटर्न के परिणामी सेट का विश्लेषण ऑटोकोरेलेटर द्वारा किया जाता है जो समय के साथ प्रत्येक स्थान पर प्रकाश की तीव्रता की तुलना करता है।

ध्रुवीकरणकर्ताओं को दो ज्यामितीय विन्यासों में स्थापित किया जा सकता है। लंबवत/ऊर्ध्वाधर (वीवी) ज्यामिति है, जहां दूसरा ध्रुवीकरण प्राथमिक ध्रुवीकरण के समान दिशा में प्रकाश की अनुमति देता है। लंबवत/क्षैतिज (वीएच) ज्यामिति में दूसरा ध्रुवीकरण प्रकाश की अनुमति देता है जो घटना प्रकाश के समान दिशा में नहीं है।

विवरण

जब प्रकाश छोटे कणों से टकराता है, तो प्रकाश सभी दिशाओं में बिखर जाता है (रेले स्कैटरिंग) जब तक कण तरंग दैर्ध्य (250 नैनोमीटर से नीचे) की तुलना में छोटे होते हैं। यहां तक कि अगर प्रकाश स्रोत लेज़र है, और इस प्रकार रंग का और कोहेरेंस (भौतिकी) है, तो समय के साथ बिखरने की तीव्रता में उतार-चढ़ाव होता है। यह उतार-चढ़ाव प्रकार कि गति से गुजरने वाले निलंबन में छोटे कणों के कारण होता है, और इसलिए समाधान में बिखरने वालों के बीच की दूरी समय के साथ लगातार बदल रही है। यह बिखरा हुआ प्रकाश तब आसपास के कणों द्वारा या तो रचनात्मक या विनाशकारी हस्तक्षेप से गुजरता है, और इस तीव्रता में उतार-चढ़ाव के भीतर, बिखरने वालों के आंदोलन के समय के पैमाने के बारे में जानकारी निहित होती है। समाधान से धूल और कलाकृतियों को हटाने के लिए निस्पंदन या सेंट्रीफ्यूगेशन द्वारा नमूना तैयार करना महत्वपूर्ण है।

कणों की गतिशील जानकारी प्रयोग के दौरान दर्ज की गई तीव्रता के निशान के स्वत: संबंध से प्राप्त होती है। दूसरा क्रम स्वसहसंबंध वक्र तीव्रता के निशान से निम्नानुसार उत्पन्न होता है:

g^{2}(q;\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle }{\langle I(t)\rangle ^{2}}}

कहाँ $g 2 (q; τ)$ विशेष तरंग सदिश पर स्वतःसंबंध कार्य है, $q$ , और विलंब समय, $τ$ , और $I$ तीव्रता है। कोणीय कोष्ठक <> अपेक्षित मान ऑपरेटर को दर्शाता है, जिसे कुछ ग्रंथों में पूंजी द्वारा दर्शाया गया है $E$ .

कम समय की देरी में, सहसंबंध उच्च होता है क्योंकि कणों को प्रारंभिक अवस्था से काफी हद तक स्थानांतरित करने का मौका नहीं मिलता है। इस प्रकार दो संकेत अनिवार्य रूप से अपरिवर्तित होते हैं जब केवल बहुत ही कम समय के अंतराल के बाद तुलना की जाती है। जैसे-जैसे समय की देरी लंबी होती जाती है, सहसंबंध तेजी से घटता जाता है, जिसका अर्थ है कि लंबी अवधि बीत जाने के बाद, प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं की बिखरी हुई तीव्रता के बीच कोई संबंध नहीं होता है। यह घातीय क्षय कणों की गति से संबंधित है, विशेष रूप से प्रसार गुणांक से। क्षय को फिट करने के लिए (अर्थात, स्वत: सहसंबंध समारोह), अनुमानित वितरण की गणना के आधार पर संख्यात्मक विधियों का उपयोग किया जाता है। यदि नमूना monodisperse (समान) है तो क्षय केवल घातीय है। सीगर्ट समीकरण दूसरे क्रम के स्वत:सहसंबंध समारोह को पहले क्रम के स्वत:सहसंबंध समारोह से संबंधित करता है $g 1 (q; τ)$ निम्नलिखित नुसार:

g^{2}(q;\tau )=1+\beta \left[g^{1}(q;\tau )\right]^{2}

जहां योग का पहला पद आधारभूत मान (≈1) और पैरामीटर से संबंधित है $β$ सुधार कारक है जो प्रकाश प्रकीर्णन सेटअप में लेजर बीम की ज्यामिति और संरेखण पर निर्भर करता है। यह मोटे तौर पर धब्बों की संख्या के व्युत्क्रम के बराबर होता है (देखें धब्बेदार पैटर्न) जिससे प्रकाश एकत्र किया जाता है। लेजर बीम का छोटा फोकस मोटे स्पेकल पैटर्न, डिटेक्टर पर स्पेकल की कम संख्या और इस प्रकार बड़े दूसरे क्रम के ऑटोकॉरेलेशन का उत्पादन करता है। स्वसंबंध समारोह का सबसे महत्वपूर्ण उपयोग आकार निर्धारण के लिए इसका उपयोग है।

एकाधिक बिखरने

गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन एकल प्रकीर्णन घटनाओं को मापकर नरम सामग्री के गतिशील गुणों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक ज्ञात फोटॉन को नमूने द्वारा ठीक बार बिखेर दिया गया है। सिद्धांत रूप में, डीएलएस माप किसी भी कोण पर तैनात डिटेक्टर के साथ किया जा सकता है। सर्वोत्तम कोण का चुनाव नमूना गुणों पर निर्भर करता है, जैसे मैलापन और कण आकार।^[5] बैक स्कैटरिंग डिटेक्शन (उदाहरण के लिए, 173 डिग्री या 175 डिग्री) टर्बिड और अत्यधिक केंद्रित नमूनों के लिए विशेष रूप से दिलचस्प है, जिसमें बड़े कण होते हैं। छोटे कणों और पारदर्शी नमूनों सहित कमजोर बिखरने वाले नमूनों के लिए साइड स्कैटरिंग डिटेक्शन (90°) की सिफारिश की जाती है। अंत में, फॉरवर्ड स्कैटरिंग डिटेक्शन (जैसे, 13° या 15°) कुछ बड़े कणों वाले छोटे कणों वाले नमूनों का पता लगाने के लिए उपयुक्त है। बाजार में कुछ डीएलएस उपकरण निरंतर संप्रेषण माप के आधार पर स्वचालित कोण चयन की अनुमति भी देते हैं।

टर्बिडिटी रेंज के निचले सिरे पर, कैविटी एम्प्लीफाइड स्कैटरिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी विधि^[6] अर्ध-गैर-प्रकीर्णन नमूनों के माध्यम से फोटॉन पथों को बढ़ाने के लिए एकीकृत क्षेत्र का उपयोग करता है। पारंपरिक डीएलएस उपकरणों के विपरीत, यह विधि कोण स्वतंत्र है क्योंकि यह सभी दिशाओं से आइसोट्रोपिक रूप से नमूनों की जांच करती है।

भले ही सिंगल-एंगल डिटेक्शन का उपयोग करते हुए डीएलएस माप सबसे अधिक फैलाने वाली तकनीक रही है, लेकिन वैज्ञानिक और औद्योगिक प्रासंगिकता की कई प्रणालियों के लिए आवेदन अक्सर होने वाले मल्टीपल स्कैटरिंग के कारण सीमित रहा है, जिसमें फोटॉनों को नमूना द्वारा कई बार बिखराए जाने से पहले किया जाता है। पता चला। कई बिखरने से गैर-नगण्य योगदान वाले सिस्टम के लिए सटीक व्याख्या अत्यधिक कठिन हो जाती है। विशेष रूप से बड़े कणों और उच्च अपवर्तक सूचकांक कंट्रास्ट वाले लोगों के लिए, यह तकनीक को बहुत कम कण सांद्रता तक सीमित करता है, और बड़ी संख्या में सिस्टम, इसलिए, गतिशील प्रकाश बिखरने के साथ जांच से बाहर रखा गया है। हालाँकि, जैसा कि शेटज़ेल द्वारा दिखाया गया है,^[7] क्रॉस-सहसंबंध दृष्टिकोण के माध्यम से गतिशील प्रकाश बिखरने वाले प्रयोगों में एकाधिक बिखरने को दबाना संभव है। सामान्य विचार एकल बिखरे हुए प्रकाश को अलग करना और गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन प्रयोग में कई प्रकीर्णन से अवांछित योगदान को दबाना है। क्रॉस-सहसंबंध प्रकाश बिखरने के विभिन्न कार्यान्वयन विकसित और लागू किए गए हैं। वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली योजना तथाकथित 3डी-गतिशील प्रकाश बिखरने की विधि है।^[8]^[9] एकाधिक बिखरने वाले योगदानों के लिए स्थैतिक प्रकाश बिखरने वाले डेटा को सही करने के लिए भी इसी विधि का उपयोग किया जा सकता है।^[10] वैकल्पिक रूप से, प्रबल एकाधिक प्रकीर्णन की सीमा में, गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन का प्रकार जिसे डिफ्यूजिंग-वेव स्पेक्ट्रोस्कोपी कहा जाता है, लागू किया जा सकता है।

डेटा विश्लेषण

परिचय

बार स्वत: सहसंबंध डेटा उत्पन्न हो जाने के बाद, इससे 'सूचना' प्राप्त करने के लिए विभिन्न गणितीय दृष्टिकोणों को नियोजित किया जा सकता है। बिखरने का विश्लेषण तब सुगम हो जाता है जब कण आयनों के बीच टकराव या इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के माध्यम से बातचीत नहीं करते हैं। कण-कण टकराव को कमजोर पड़ने से दबाया जा सकता है, और बिजली की दोहरी परत को नष्ट करने के लिए लवण के उपयोग से चार्ज प्रभाव कम हो जाते हैं।

सबसे सरल तरीका प्रथम-क्रम के स्वत:संबंध समारोह को एकल घातीय क्षय के रूप में मानना है। यह मोनोडिस्पर्स आबादी के लिए उपयुक्त है।

\ g^{1}(q;\tau )=\exp(-\Gamma \tau )\,

कहाँ $Γ$ क्षय दर है। अनुवादकीय प्रसार गुणांक $D t$ तरंग सदिश के आधार पर एकल कोण या कोणों की सीमा पर प्राप्त किया जा सकता है $q$ .

\ \Gamma =q^{2}D_{t}\,

साथ

\ q={\frac {4\pi n_{0}}{\lambda }}\sin \left({\frac {\theta }{2}}\right)

कहाँ $λ$ घटना लेजर तरंग दैर्ध्य है, $n 0$ विलायक अपवर्तक सूचकांक है और $θ$ वह कोण है जिस पर नमूना सेल के संबंध में डिटेक्टर स्थित है।

विलायक का अपवर्तक सूचकांक प्रकाश के प्रकीर्णन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और स्टोक्स-आइंस्टीन समीकरण से स्टोक्स त्रिज्या की गणना करने के लिए महत्वपूर्ण है।^[11]^[12]^[13] इसलिए, बिखरने वाले माध्यम से पिछले अपवर्तक सूचकांक डेटा का मूल्यांकन समर्पित उपकरणों के साथ किया जाना चाहिए, जिन्हें refractometer कहा जाता है। वैकल्पिक रूप से, अपवर्तक सूचकांक माप मॉड्यूल वाले डीएलएस उपकरण ±0.5% के भीतर इस महत्वपूर्ण पैरामीटर के लिए अच्छा अनुमान लगाने की अनुमति देते हैं, जो कि आईएसओ 22412:2017 द्वारा परिभाषित सटीकता है।^[14]^[15] डीएलएस के लिए आवश्यक अपवर्तक सूचकांक मूल्यों के लिए। माध्यम के अपवर्तक सूचकांक के अलावा, कणों का अपवर्तक सूचकांक केवल तभी आवश्यक होता है जब बड़े कण आकार (आमतौर पर 100 एनएम से ऊपर) का विश्लेषण किया जाता है और वॉल्यूम- या संख्या-भारित आकार के वितरण की आवश्यकता होती है। इन मामलों में, मि बिखर रहा है को लागू करने के लिए अपवर्तक सूचकांक और सामग्री के अवशोषण के पूर्व ज्ञान की आवश्यकता होती है।^[16]^[17] सिस्टम के असमदिग्वर्ती होने की दशा और बहुप्रकीर्णता के आधार पर, परिणामी प्लॉट $(Γ/ q 2)$ वि. $q 2$ कोणीय निर्भरता दिखा भी सकता है और नहीं भी। छोटे गोलाकार कण कोई कोणीय निर्भरता नहीं दिखाएंगे, इसलिए कोई अनिसोट्रॉपी नहीं होगी। का प्लॉट $(Γ/ q 2)$ वि. $q 2$ का परिणाम क्षैतिज रेखा में होगा। गोले के अलावा अन्य आकार वाले कण अनिसोट्रॉपी दिखाएंगे और इस प्रकार साजिश रचने पर कोणीय निर्भरता दिखाई देगी $(Γ/ q 2)$ वि. $q 2$ .^[18] इंटरसेप्ट किसी भी स्थिति में डी होगा_t. इस प्रकार, पता लगाने का इष्टतम कोण है $θ$ प्रत्येक कण आकार के लिए। उच्च-गुणवत्ता वाला विश्लेषण हमेशा कई बिखरने वाले कोणों (मल्टीएंगल डीएलएस) पर किया जाना चाहिए। यह अज्ञात कण आकार के वितरण के साथ पॉलीडिस्पर्स नमूने में और भी महत्वपूर्ण हो जाता है। कुछ कोणों पर कुछ कणों की प्रकीर्णन तीव्रता अन्य कणों के कमजोर प्रकीर्णन संकेत को पूरी तरह से अभिभूत कर देगी, इस प्रकार उन्हें इस कोण पर डेटा विश्लेषण के लिए अदृश्य बना देगी। डीएलएस उपकरण जो केवल निश्चित कोण पर काम करते हैं, केवल कुछ कणों के लिए अच्छे परिणाम दे सकते हैं। इस प्रकार, केवल पता लगाने वाले कोण के साथ डीएलएस उपकरण की संकेतित सटीकता केवल कुछ कणों के लिए हमेशा सही होती है।

$D t$ का उपयोग अक्सर स्टोक्स-आइंस्टीन समीकरण के माध्यम से क्षेत्र के हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या की गणना करने के लिए किया जाता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन द्वारा निर्धारित आकार गोले का आकार है जो स्कैटर के समान गति करता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि स्कैटर यादृच्छिक कॉइल पॉलीमर है, तो निर्धारित आकार स्थैतिक प्रकाश बिखरने द्वारा निर्धारित गाइरेशन की त्रिज्या के समान नहीं है। यह इंगित करना भी उपयोगी है कि प्राप्त आकार में कोई अन्य अणु या विलायक अणु शामिल होंगे जो कण के साथ चलते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, सर्फेक्टेंट की परत के साथ कोलाइडयन सोना ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (जो खराब कंट्रास्ट के कारण परत को नहीं देखता है) की तुलना में गतिशील प्रकाश बिखरने (जिसमें सर्फेक्टेंट परत शामिल है) से बड़ा दिखाई देगा।

ज्यादातर मामलों में, नमूने पॉलीडिस्पर्स हैं। इस प्रकार, स्वसहसंबंध समारोह आबादी में प्रत्येक प्रजाति के अनुरूप घातीय क्षय का योग है।

g^{1}(q;\tau )=\sum _{i=1}^{n}G_{i}(\Gamma _{i})\exp(-\Gamma _{i}\tau )=\int G(\Gamma )\exp(-\Gamma \tau )\,d\Gamma .

इसके लिए डेटा प्राप्त करना आकर्षक है $g 1 (q; τ)$ और उपरोक्त को निकालने के लिए उलटने का प्रयास करें $G (Γ)$ . तब से $G (Γ)$ प्रत्येक प्रजाति के सापेक्ष प्रकीर्णन के समानुपाती होता है, इसमें आकारों के वितरण की जानकारी होती है। हालाँकि, इसे बीमार समस्या के रूप में जाना जाता है। नीचे वर्णित विधियों (और अन्य) को स्वत: सहसंबंध समारोह से जितना संभव हो उतना उपयोगी जानकारी निकालने के लिए विकसित किया गया है।

संचयी विधि

संचयी विधि सबसे आम तरीकों में से है,^[19]^[20] जिससे ऊपर दिए गए घातांकों के योग के अतिरिक्त, सिस्टम के प्रसरण के बारे में अधिक जानकारी निम्न प्रकार से प्राप्त की जा सकती है:

\ g^{1}(q;\tau )=\exp \left(-{\bar {\Gamma }}\left(\tau -{\frac {\mu _{2}}{2!}}\tau ^{2}+{\frac {\mu _{3}}{3!}}\tau ^{3}+\cdots \right)\right)

कहाँ $Γ$ औसत क्षय दर है और $μ 2 / Γ 2$ दूसरे क्रम का पॉलीडिसपर्सिटी इंडेक्स (या प्रसरण का संकेत) है। तृतीय-क्रम बहुप्रकीर्णता सूचकांक भी प्राप्त किया जा सकता है लेकिन यह केवल तभी आवश्यक है जब तंत्र के कण अत्यधिक बहुप्रकीर्णन हों। Z-औसत ट्रांसलेशनल डिफ्यूजन गुणांक $D z$ तरंग सदिश के आधार पर एकल कोण या कोणों की सीमा पर प्राप्त किया जा सकता है $q$ .

\ {\bar {\Gamma }}=q^{2}D_{z}\,

यह ध्यान रखना चाहिए कि संचयी विधि छोटे के लिए मान्य है $τ$ और पर्याप्त संकीर्ण $G (Γ)$ .^[21] किसी को शायद ही कभी μ से परे पैरामीटर का उपयोग करना चाहिए₃, क्योंकि पावर-सीरीज विस्तार में कई मापदंडों के साथ ओवरफिटिंग डेटा सहित सभी मापदंडों को प्रस्तुत करेगा $\scriptstyle {\bar {\Gamma }}$ और μ₂, कम सटीक।^[22] नीचे दी गई विधियों की तुलना में संचयी विधि प्रायोगिक शोर से बहुत कम प्रभावित होती है।

आकार-वितरण समारोह

ऑटोकॉर्पोरेशन फ़ंक्शन का उपयोग करके कण आकार वितरण भी प्राप्त किया जा सकता है। हालाँकि, पॉलीडिस्पर्स नमूने संचयी फिट विश्लेषण द्वारा अच्छी तरह से हल नहीं किए गए हैं। इस प्रकार, गैर-नकारात्मक कम से कम वर्ग | गैर-नकारात्मक न्यूनतम वर्ग (एनएनएलएस) एल्गोरिदम का संयोजन नियमितीकरण विधियों के साथ, जैसे तिखोनोव नियमितीकरण, का उपयोग मल्टीमॉडल नमूनों को हल करने के लिए किया जा सकता है।^[16]एनएनएलएस अनुकूलन की महत्वपूर्ण विशेषता नियमितीकरण शब्द है जिसका उपयोग विशिष्ट समाधानों की पहचान करने और माप डेटा और फिट के बीच विचलन को कम करने के लिए किया जाता है। कोई आदर्श नियमितीकरण शब्द नहीं है जो सभी नमूनों के लिए उपयुक्त हो। इस शब्द का आकार यह निर्धारित कर सकता है कि क्या समाधान कम संख्या में चोटियों के साथ सामान्य व्यापक वितरण का प्रतिनिधित्व करेगा या यदि संकीर्ण और असतत आबादी फिट होगी। वैकल्पिक रूप से, कण आकार वितरण की गणना CONTIN एल्गोरिथम का उपयोग करके की जाती है।

CONTIN एल्गोरिथम

स्टीवन प्रोवेन्चर द्वारा विकसित CONTIN के रूप में जाना जाने वाला व्युत्क्रम लाप्लास परिवर्तन के माध्यम से स्वत: सहसंबंध समारोह का विश्लेषण करने के लिए वैकल्पिक विधि प्राप्त की जा सकती है।^[23]^[24] CONTIN विश्लेषण विधर्मी, polydisperse और मल्टीमॉडल सिस्टम के लिए आदर्श है, जिन्हें संचयी विधि से हल नहीं किया जा सकता है। दो अलग-अलग कण आबादी को अलग करने का संकल्प लगभग पांच या अधिक का कारक है और दो अलग-अलग आबादी के बीच सापेक्ष तीव्रता में अंतर 1:10 से कम होना चाहिए।^{−5</सुप>.}

अधिकतम एन्ट्रापी विधि

अधिकतम एन्ट्रापी पद्धति का सिद्धांत विश्लेषण पद्धति है जिसमें महान विकासात्मक क्षमता होती है। विधि का उपयोग विश्लेषणात्मक अल्ट्रासेंट्रीफुगेशन से अवसादन वेग डेटा के परिमाणीकरण के लिए भी किया जाता है। प्रायोगिक डेटा से फिट किए गए डेटा के विचलन को कम करने और बाद में χ को कम करने के लिए अधिकतम एन्ट्रापी विधि में कई पुनरावृत्त चरण शामिल हैं^{फिट किए गए डेटा का 2}।

अगोलीय कणों का प्रकीर्णन

यदि विचाराधीन कण गोलाकार नहीं है, तो घूर्णी गति पर भी विचार किया जाना चाहिए क्योंकि प्रकाश का प्रकीर्णन अभिविन्यास के आधार पर भिन्न होगा। पेकोरा के अनुसार, घूर्णी ब्राउनियन गति बिखरने को प्रभावित करेगी जब कण दो शर्तों को पूरा करता है; उन्हें वैकल्पिक रूप से और ज्यामितीय रूप से अनिसोट्रोपिक दोनों होना चाहिए।^[25] रॉड के आकार के अणु इन आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, इसलिए घूर्णी प्रसार गुणांक को अनुवाद प्रसार गुणांक के अतिरिक्त माना जाना चाहिए। अपने सबसे संक्षिप्त रूप में, समीकरण इस रूप में प्रकट होता है

{\frac {A}{B}}={\frac {5}{4}}{\frac {4\mathrm {M} _{p}+2\mathrm {N} \mathrm {M} _{l}\mathrm {M} _{p}+\mathrm {M} _{l}}{\mathrm {M} _{p}-\mathrm {N} +\mathrm {M} _{l}}}

कहाँ $A / B$ दो रिलैक्सेशन मोड्स (ट्रांसलेशनल और रोटेशनल) का अनुपात है, $M p$ में कण के केंद्रीय अक्ष के लंबवत अक्ष के बारे में जानकारी होती है, और $M l$ केंद्रीय अक्ष के समानांतर अक्ष के बारे में जानकारी शामिल है।

2007 में, पीटर आर. लैंग और उनकी टीम ने छोटे सोने के नैनोरोड्स के कण लंबाई और पहलू अनुपात को निर्धारित करने के लिए गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन का उपयोग करने का निर्णय लिया।^[26] उन्होंने इस विधि को चुना क्योंकि यह नमूना को नष्ट नहीं करता है और इसका सेटअप अपेक्षाकृत आसान है। वीवी ज्यामिति में दोनों विश्राम अवस्थाएँ देखी गईं और दोनों गतियों के प्रसार गुणांक का उपयोग सोने के नैनोकणों के पहलू अनुपात की गणना के लिए किया गया।

अनुप्रयोग

डीएलएस का उपयोग प्रोटीन सहित विभिन्न कणों के आकार को दर्शाने के लिए किया जाता है,^[27] पॉलिमर, मिसेल,^[28] प्रोटीन पिंजरों और वायरस जैसे कण,^[29]^[30] पुटिका,^[31] कार्बोहाइड्रेट, नैनोकण, जैविक कोशिकाएं,^[32] और जैल।^[33] यदि सिस्टम आकार में बिखरा हुआ नहीं है, तो कणों का औसत प्रभावी व्यास निर्धारित किया जा सकता है। यह माप कण कोर के आकार, सतह संरचनाओं के आकार, कण एकाग्रता और माध्यम में आयनों के प्रकार पर निर्भर करता है।

चूंकि डीएलएस अनिवार्य रूप से बिखरे हुए कणों के कारण बिखरी हुई प्रकाश तीव्रता में उतार-चढ़ाव को मापता है, इसलिए कणों के प्रसार गुणांक को निर्धारित किया जा सकता है। वाणिज्यिक उपकरणों का डीएलएस सॉफ्टवेयर आम तौर पर विभिन्न व्यासों पर कण आबादी को प्रदर्शित करता है। यदि प्रणाली मोनोडिस्पर्स है, तो केवल आबादी होनी चाहिए, जबकि पॉलीडिस्पर्स सिस्टम कई कण आबादी दिखाएगा। यदि नमूने में से अधिक आकार की आबादी मौजूद है तो फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी उपकरणों के लिए CONTIN विश्लेषण लागू किया जाना चाहिए, या डॉप्लर शिफ्ट उपकरणों के लिए पावर स्पेक्ट्रम विधि लागू की जानी चाहिए।

डीएलएस का उपयोग करके स्थिरता अध्ययन आसानी से किया जा सकता है। नमूने के आवधिक डीएलएस माप यह दिखा सकते हैं कि कण समय के साथ एकत्र होते हैं या नहीं, यह देखकर कि कण के हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या में वृद्धि होती है या नहीं। यदि कण एकत्र होते हैं, तो बड़े त्रिज्या वाले कणों की बड़ी आबादी होगी। कुछ डीएलएस मशीनों में, तापमान के आधार पर स्थिरता का विश्लेषण सीटू में तापमान को नियंत्रित करके किया जा सकता है।

यह भी देखें

आयन रोड़ा संवेदन स्कैनिंग
नैनोपार्टिकल ट्रैकिंग विश्लेषण
प्रसार गुणांक
प्रतिदीप्ति सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी
स्टोक्स त्रिज्या
स्थैतिक प्रकाश प्रकीर्णन
प्रकाश बिखरना
डिफ्यूजिंग-वेव स्पेक्ट्रोस्कोपी
प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन
विभेदक गतिशील माइक्रोस्कोपी
मल्टी-एंगल लाइट स्कैटरिंग
डिफरेंशियल स्टेटिक लाइट स्कैटर (DSLS)DSLS)

संदर्भ

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