확산파 분광법

확산파 분광법(DWS)은 동적광산란(DLS)에서 파생된 광학 기술로 강력한 다중 ^[1]^[2]산란 한계에서 산란된 빛의 역학을 연구합니다.이것은 과거에 콜로이드 현탁액, 유화액, 거품, 젤, 생물학적 매체 및 기타 형태의 연질 물질을 연구하는 데 널리 사용되어 왔다.신중하게 보정하면 DWS를 통해 연질 재료의 미세한 움직임을 정량적으로 측정할 수 있으며, 여기에서 복합 매체의 레올로지 특성을 마이크로휴올로지 접근법을 통해 추출할 수 있습니다.

원스펙클 확산파 분광법

시료에 레이저광을 보내 광전 센서에 의해 투과 또는 역산란광을 검출한다.검출된 광강도는 다른 광로에서 발생하는 모든 광파의 간섭의 결과입니다.

확산파 분광법의 일반적인 설정

신호는 g. $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ ( g ) $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ I $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ ( $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ ) $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ I ( t + $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ ) $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ t $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ I ( $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ ) $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ 2 ( \ $displaystyle g_{2$ } ( \ displaystyle ) = $frac$ ( \ $displayle$ I ( $g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}$ ) g I ( t )라고 불리는₂ 강도 자기 상관 함수를 계산하여 분석합니다. $I(t+\tau)\rangle _{t}{\langle I(t)\rangle _{t}{2}}}$

(복소)유체에 부유하는 비상호작용 입자의 경우 g-1과₂ 입자 <δr>의 평균² 제곱 변위와의 직접적인 관계를 확립할 수 있다.광자 경로 길이 s의 확률 밀도 함수(PDF)에 주목하자.관계는 다음과 같이 ^[3]기술할 수 있습니다.

$g_{2}(\int {dsp(s/l*)\exp(-(s/l*)k_{0}^{2}\langle \Delta r^{2}(\displaystyle)\rangle)}^{2}}] {{2}}$

$k_{0}={\frac {2\pi n}{\lambda }}$ 0 $k_{0}={\frac {2\pi n}{\lambda }}$ $k_{0}={\frac {2\pi n}{\lambda }}$ $k_{0}={\frac {2\pi n}{\lambda }}$ { $displaystyle$ k $_$ { $0$ } = $scsfrac$ { 2 \ $pi$ n } { \ $scsibda$ }}이고 $k_{0}={\frac {2\pi n}{\lambda }}$ l $l*$ { \ $displaystyle$ l $l*$ * }은 $l*$ 산란광의 이동 평균 자유 경로입니다.

따라서 단순한 셀 형상의 경우 측정된 g-1₂ 값으로부터 입자의 평균 제곱 변위 <δr²>를 해석적으로 계산할 수 있다.예를 들어 후방 산란 형상, 무한대 두께 셀, 대형 레이저 스폿 조명 및 스폿 중심에서 오는 광자의 검출의 경우 g-1과₂ <δr²>의 관계는 다음과 같다.

$g$ 2 ( $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ " ) $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ - $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ $=$ $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ 2 $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ ( - 2 ) $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ 2 ) $g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)$ $display style g$ _ { $2 }$ （ \ $display$ style g _ { $\ exp$ \ $left$ \ $disp$ \ $disp$ 2 \ $exp$ r ^ 2 $} （$ \ $right ）$ 。

두께가 낮은 셀과 전송 중인 셀의 경우, 관계도 l*(전송 길이)^[4]에 따라 달라집니다.

멀티스펙클 확산파 분광법(MSDWS)

이 기술은 카메라를 사용하여 많은 스펙클 입자를 검출하거나(스펙클 패턴 참조), 또는 그라운드 글라스를 사용하여 다수의 스펙클 리얼라이제이션(Echo-DWS)을 작성합니다.두 경우 모두 통계적으로 독립적인 다수의 강도 값에 대한 평균을 구하여 데이터 수집 시간을 훨씬 더 빠르게 할 수 있습니다.

멀티스펙클 확산파 분광법의 전형적인 설정

$g_{2}(\displaystyle)=\displayfrac(\displaystyle I(t)}I(t+\tau)\rangle _{p}{\langle I(t)\rangle _{p}{2}}$

MSDWS는 느린 역학 및 비 에르고딕 매체의 연구에 특히 적합하다.Echo-DWS는 12ns까지 뛰어난 시간 ^[6]분해능을 가진 기존의 DWS 체계에서 MSDWS의 매끄러운 통합을 가능하게 합니다.카메라 기반의 적응형 화상 처리를 통해 예를 들어 ^[7]건조 중에 입자 역학을 온라인으로 측정할 수 있습니다.

레퍼런스

^ G. Maret; P. E. Wolf (1987). "Multiple light scattering from disordered media. The effect of brownian motion of scatterers". Zeitschrift für Physik B. 65 (4): 409. Bibcode:1987ZPhyB..65..409M. doi:10.1007/BF01303762. S2CID 121962976.
^ D. J. Pine; D. A. Weitz; P. M. Chaikin; E. Herbolzheimer (1988). "Diffusing wave spectroscopy". Physical Review Letters. 60 (12): 1134–1137. Bibcode:1988PhRvL..60.1134P. doi:10.1103/PhysRevLett.60.1134. PMID 10037950.
^ F. Scheffold; et al. (2004). "New trends in optical microrheology of complex fluids and gels" (PDF). Progress in Colloid and Polymer Science. 123: 141–146. doi:10.1007/b11748. ISBN 978-3-540-00553-7. Archived from the original (PDF) on 2011-07-21.
^ D. A. Weitz; D. J. Pine (1993). "Diffusing-wave spectroscopy". In W. Brown (ed.). Dynamic Light scattering. Clarendon Press. pp. 652–720. ISBN 978-0-19-853942-1.
^ "Light scattering technique reveals properties of soft solids".
^ P. Zakharov; F. Cardinaux; F. Scheffold (2006). "Multispeckle diffusing-wave spectroscopy with a single-mode detection scheme". Physical Review E. 73 (1): 011413. arXiv:cond-mat/0509637. Bibcode:2006PhRvE..73a1413Z. doi:10.1103/PhysRevE.73.011413. PMID 16486146. S2CID 6251182.
^ L. Brunel; A. Brun; P. Snabre; L. Cipelletti (2007). "Adaptive Speckle Imaging Interferometry: a new technique for the analysis of microstructure dynamics, drying processes and coating formation". Optics Express. 15 (23): 15250–15259. arXiv:0711.1219. Bibcode:2007OExpr..1515250B. doi:10.1364/OE.15.015250. PMID 19550809. S2CID 5753232.

외부 링크

[1] G. Maret; P. E. Wolf (1987). "Multiple light scattering from disordered media. The effect of brownian motion of scatterers". Zeitschrift für Physik B. 65 (4): 409. Bibcode:1987ZPhyB..65..409M. doi:10.1007/BF01303762. S2CID 121962976.

[2] D. J. Pine; D. A. Weitz; P. M. Chaikin; E. Herbolzheimer (1988). "Diffusing wave spectroscopy". Physical Review Letters. 60 (12): 1134–1137. Bibcode:1988PhRvL..60.1134P. doi:10.1103/PhysRevLett.60.1134. PMID 10037950.

[3] F. Scheffold; et al. (2004). "New trends in optical microrheology of complex fluids and gels" (PDF). Progress in Colloid and Polymer Science. 123: 141–146. doi:10.1007/b11748. ISBN 978-3-540-00553-7. Archived from the original (PDF) on 2011-07-21.

[4] D. A. Weitz; D. J. Pine (1993). "Diffusing-wave spectroscopy". In W. Brown (ed.). Dynamic Light scattering. Clarendon Press. pp. 652–720. ISBN 978-0-19-853942-1.

[5] "Light scattering technique reveals properties of soft solids".

[6] P. Zakharov; F. Cardinaux; F. Scheffold (2006). "Multispeckle diffusing-wave spectroscopy with a single-mode detection scheme". Physical Review E. 73 (1): 011413. arXiv:cond-mat/0509637. Bibcode:2006PhRvE..73a1413Z. doi:10.1103/PhysRevE.73.011413. PMID 16486146. S2CID 6251182.

[7] L. Brunel; A. Brun; P. Snabre; L. Cipelletti (2007). "Adaptive Speckle Imaging Interferometry: a new technique for the analysis of microstructure dynamics, drying processes and coating formation". Optics Express. 15 (23): 15250–15259. arXiv:0711.1219. Bibcode:2007OExpr..1515250B. doi:10.1364/OE.15.015250. PMID 19550809. S2CID 5753232.

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