Спектрометр динамического рассеяния света

Спектрометр динамического рассеяния света относится к фотонным корреляционным спектрометрам, предназначенным для измерения параметров наночастиц в различных фундаментальных и прикладных исследованиях в физике, химии и т.п.

Расширение функциональных возможностей спектрометра обеспечивается благодаря тому, что в центре кюветы 3 дополнительно размещены электроды 5 с постоянным знакопеременным напряжением, оптическая система дополнительно содержит две оптические плоскопараллельные пластины 9 и 13 и пьезокерамический модулятор 10, а система обработки и анализа дополнительно содержит блок управления 11 и фазовый анализатор 12.

(1 п. Ф-лы, 1 илл.)

Полезная модель относится к спектрометрам динамического рассеяния света (фотонным корреляционным спектрометрам), предназначенным для измерения размеров и других характеристик наночастиц в жидкости, и может быть использована для фундаментальных и прикладных исследований в физике, химии, биологии, медицине и т.п.

Известны устройства для измерения размеров наночастиц, содержащие лазер с оптическим трактом для транспортировки лазерного излучения, на пути которого установлен термостат с кюветой, содержащей исследуемую среду, фотоприемное устройство для регистрации рассеянного на наночастицах излучения, узел предварительной обработки данных и компьютер (см., например, Photon Correlation Spectroscopy in Particle Sizing. Walther Tscharnuter, Brookhaven Instruments Corporation, Holtsville, NY, USA. Encyclopedia of Analytical Chemistry R.A. Meyers (Ed.), John Wiley & Sons Ltd., 2000).

К недостаткам известных устройств следует отнести ограниченные возможности этих устройств для измерения не только размеров наночастиц, но и других их характеристик.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является спектрометр динамического рассеяния света, содержащий лазер с блоком фокусировки, размещенную в термостате кювету с исследуемой жидкостью, фотоприемное устройство и систему обработки и анализа данных, подключенную к компьютеру, выполняющему управление прибором и обработку данных с помощью специальной программы (см., например, патент РФ на ПМ 10735 по кл. G01J 9/02, В82В 1/00 за 2011 год).

К недостаткам описанного устройства следует отнести невозможность измерения дзета-потенциала наночастиц - параметра, определяющего устойчивость дисперсных систем и коллоидных растворов.

Задачей полезной модели является устранение указанного недостатка и обеспечение возможности измерения дзета-потенциала наночастиц, что расширяет функциональные возможности спектрометра.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном спектрометре, содержащем оптическую схему, включащую лазер с блоком фокусировки, размещенную в термостате кювету с исследуемой жидкостью, фотоприемное устройство и систему обработки и анализа данных, подключенную к компьютеру, по предложенной полезной модели в центре кюветы дополнительно размещены электроды с постоянным знакопеременным напряжением, оптическая система дополнительно содержит две оптические плоскопараллельные пластины и пьезоэлектрический модулятор для формирования опорного луча, а система обработки и анализа данных дополнительно содержит блок управления и фазовый анализатор.

Описанное исполнение спектрометра позволяет использовать его при исследовании, например, коллоидных и полимерных дисперсий, кинетики химических реакций, дисперсных загрязнений, иммунологических реакций и т.п.

На чертеже схематично представлено устройство спектрометра динамического рассеяния света.

Спектрометр содержит лазер 1, луч которого фокусируется асферической линзой 2 в центре кюветы 3, размещенной в термостате 4. В кювете, содержащей жидкость с заряженными частицами, имеется два электрода 5, на которые подается постоянное знакопеременное напряжение. В электрическом поле между электродами 5 частицы 6 совершают осциллирующие возвратно-поступательные движения со скоростью, пропорциональной заряду частиц.

При прохождении лазерного луча через данный образец происходит рассеяние света на движущихся частицах 6. При этом частота рассеянного света сдвинута относительно частоты падающего света на допплеровскую частоту, пропорциональную скорости движения частиц в электрическом поле.

Рассеянный свет с помощью асферической линзы 7 собирается на светочувствительной площадке фотоприемника (система счета фотонов) 8.

Кроме того на эту светочувствительную площадку подается опорный луч. Опорный луч получен отражением небольшой части света от лазера 1 с помощью оптической плоскопараллельной пластинки 9. С целью уменьшения низкочастотных шумов и определения знака измеряемой допплеровской скорости (и соответственно, знака заряда частиц) опорный луч модулируется по частоте с помощью пьезоэлектрического модулятора 10. Модулирующая частота подается на модулятор 10 от блока управления 11. Эта частота подается также в блок фазового анализатора 12.

Модулированный опорный луч с помощью оптической плоскопараллельной пластины 13 подается на светочувствительную площадку системы счета фотонов 8, где осуществляется гетеродинирование (смешение) рассеянного света с опорным лучом.

Сигнал с выхода системы счета фотонов 8 подается в блок фазового анализатора 12, в котором происходит измерение фазовой функции рассеянного света. Измеренная фазовая функция по шине USB 14 подается в компьютер 15.

В режиме измерения электрофоретической подвижности спектрометр Photocor Compact комплектуется специальной программой измерения и обработки фазовой функции, которая измеряется фазовым анализатором. Из фазовой функции рассчитывается скорость движения частиц в поле. Скорость движения заряженных частиц в электрическом поле с напряженностью Е:

=µ_ЕE

Электрофоретическая подвижность µ_Е

- дзета-потенциал

- диэлектрическая проницаемость среды

- вязкость

Диапазон измеряемых скоростей: от 0.2 мкм/с до 200 мкм/с.

Спектрометр динамического рассеяния света, содержащий оптическую схему, включающую лазер с блоком фокусировки, размещенную в термостате кювету с исследуемой жидкостью, фотоприемное устройство и систему обработки и анализа данных, подключенную к компьютеру, отличающийся тем, что в центре кюветы дополнительно размещены электроды с постоянным знакопеременным напряжением, оптическая система дополнительно содержит две оптические плоскопараллельные пластины и пьезоэлектрический модулятор для формирования опорного луча, а система обработки и анализа данных дополнительно содержит блок управления и фазовый анализатор.