动态光散射（DLS）仪 动态光散射（DLS）是一种用于测量纳米颗粒、胶体或高分子溶液在液体中尺寸（流体力学直径）及尺寸分布的测量技术。其核心原理是测量悬浮颗粒的布朗运动所引起的散射光强度随时间发生的随机涨落。 理论基础：布朗运动与光散射 任何悬浮在液体中的微小颗粒（通常直径在1纳米到几微米之间），都会受到周围液体分子的无规则碰撞，从而进行一种无规则的随机运动，即布朗运动。 颗粒越小，布朗运动的速度越快；颗粒越大，运动越慢。这种运动的剧烈程度可以用一个称为“扩散系数”的物理量来描述，扩散系数与颗粒尺寸成反比。 当我们用一束激光照射样品时，颗粒会将激光向各个方向散射。由于颗粒在做快速的布朗运动，它们在空间中的相对位置时刻在随机变化，导致散射到特定探测点的光波会发生随机的干涉。这种干涉的随机性，使得探测器接收到的散射光强度会随时间快速随机地涨落。 关键测量：光强自相关函数 DLS仪器（也称为光子相关光谱仪）的核心探测器是一个高灵敏度的光电倍增管或雪崩光电二极管，它能以极快的速度（微秒甚至纳秒级）记录散射光强的瞬时信号。 仪器不直接分析光强的波形，而是计算“自相关函数”。自相关函数是统计学中的一个工具，用于衡量一个信号在某个时刻的值，与经过一段延迟时间（τ）后的值之间的相似程度。 对于DLS，仪器计算的是散射光强信号的自相关函数。如果延迟时间τ非常短，颗粒几乎没怎么移动，那么两个时刻的光强很相似，相关性很高（接近1）。随着τ增大，颗粒运动导致光强变得不相关，相关性会衰减到0。 关键联系 ：这个自相关函数衰减的快慢，直接反映了颗粒布朗运动的快慢，即扩散系数的大小。衰减越快，说明颗粒运动越快（尺寸越小）；衰减越慢，说明颗粒运动越慢（尺寸越大）。 从数据到尺寸：分析原理 仪器通过拟合测得的光强自相关函数曲线，可以提取出颗粒的扩散系数（D）。 然后，通过“斯托克斯-爱因斯坦方程”将扩散系数转换为颗粒的流体力学直径（dH）。这个方程是： dH = kT / (3πηD) ，其中k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，η是溶剂的粘度。 这个“流体力学直径”是指与被测颗粒具有相同扩散系数的等效球体的直径。它反映了颗粒在实际溶剂中运动时所表现的尺寸，包括了颗粒自身的核心、表面吸附的分子层（如水化层）以及离子的影响。 仪器构成与工作流程 a. 光源 ：通常是一台稳频的连续波激光器（如He-Ne激光器或固态激光器），提供单色性、相干性好的稳定光束。 b. 样品室 ：一个温控比色皿池，用于盛放待测液体样品。精确的温度控制至关重要，因为粘度和扩散系数都依赖于温度。 c. 光学系统 ：包括将激光聚焦到样品上的透镜，以及收集特定角度（通常是90°或173°背散射角）散射光的光学组件。背散射角度有利于测量高浓度或浑浊的样品。 d. 探测器 ：高速、高灵敏度的单光子计数探测器，将微弱、快速涨落的光信号转换为电脉冲信号。 e. 相关器 ：这是仪器的“大脑”，是一个专用的高速数字信号处理器。它实时接收来自探测器的脉冲信号，并计算光强自相关函数。 f. 计算机与软件 ：控制仪器运行，采集相关器数据，通过内置算法拟合自相关函数曲线，计算出平均粒径、多分散指数以及基于模型的尺寸分布图。 技术特点与应用范围 优点 ：测量快速（几分钟）、非侵入性、样品制备简单、能够测量极低浓度样品，并能提供纳米尺度的平均粒径和分散度信息。 局限性 ：只能测量悬浮在液体中的颗粒，对样品清洁度要求极高（灰尘会严重干扰），对于多组分混合样品或形状非球形的颗粒，尺寸解析能力有限。 主要应用 ：广泛应用于表征蛋白质、病毒、胶体、乳液、脂质体、高分子聚合物、纳米材料（如量子点、纳米颗粒）等在溶液中的尺寸和聚集状态，是药物研发、生物化学、材料科学和胶体化学领域的常规分析工具。