Por AZoM
Índice
Introdução Dispersão Diferencial da Intensidade da Polarização (PIDS)
Conclusões Sobre a Relha de Beckman Introdução
A tecnologia da difracção do Laser está sendo aplicada em uma vasta gama de campos. Enquanto as partículas se tornam menores, a relação da dimensão da partícula ao comprimento de onda claro (d/λ) está reduzida e o teste padrão da dispersão é mais lisa e menos angular dependente, causando mais dificuldade em determinar os valores correctos do tamanho. Para melhorar a capacidade para medir partículas pequenas, há três aproximações que podem ser tomadas para estender o limite mais baixo do tamanho ao medir partículas usando a difracção do laser.
A primeira aproximação para expandir o limite mais baixo da cola é aumentando a escala de detecção angular. Se o lugar angular do primeiro mínimo no teste padrão da dispersão é usado como o critério para fazer sob medida exactamente uma esfera, para medir uma esfera que tem um diâmetro menor de 0,5 μm, o ângulo de detecção máximo têm que ser maiores de 90 graus (Fig. 1). Assim, a fim fazer sob medida uma partícula submicrónica, a escala angular da detecção tem que ser projectada cobrir os ângulos pelo menos tão grandes quanto 90 graus; praticamente, o ângulo de detecção máximo pode ser tão grande quanto 175°.
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Figura 1. dependência do Ângulo em dispersar o teste padrão e o primeiro mínimo.
Dispersando os testes padrões são função do tamanho claro do comprimento de onda e de partícula. Suas variações são relacionadas à relação entre a dimensão da partícula e o comprimento de onda (d/λ). Os efeitos da Interferência que criam a estrutura fina em um perfil da dispersão são reduzidos extremamente quando d/λ é menos do que 0,5. Se o comprimento de onda da luz é mais curto, a relação aumenta e o limite mais baixo da cola é estendido eficazmente. Ou seja dispersando os testes padrões são comprimidos em uns comprimentos de onda mais curtos e mais informação (estrutura) é mostrada sobre a mesma escala angular em comparação ao que pode ser obtido usando um comprimento de onda mais longo. Praticamente, o comprimento de onda o mais curto é aproximadamente 350 nanômetro. A Maioria de materiais de facto, exibem a absorção forte nos comprimentos de onda mais curtos de 300 nanômetro. Usando a luz do λ = 375 nanômetro, o limite mais baixo da cola podem ser estendidos à metade daquele obtenível usando a luz do λ = 750 nanômetro.
Dispersão Diferencial da Intensidade da Polarização (PIDS)
Aberto Caminho pela Relha de Beckman, a maioria de fabricantes da difracção do laser usam as duas aproximações acima, isto é largamente escala de detecção angular e comprimento de onda curto, para fazer sob medida partículas pequenas. Contudo, fazendo sob medida mesmo as partículas menores que são dez dos nanômetros no diâmetro, não pode ser conseguido usando somente estas duas aproximações. Figura 2 é um indicador tridimensional que mostre a variação angular muito lenta para partículas pequenas. Para as partículas menores de 200 nanômetro, mesmo tomando o benefício das duas aproximações acima, é ainda difícil obter um tamanho exacto. Então, duas rotas diferentes foram desenvolvidas entre fabricantes do instrumento. Um é extrapolar do limite mais baixo medido a um limite mesmo mais baixo, às vezes mesmo além do limite mais baixo teórico da cola, por exemplo 10 nanômetro. Devido a isto, os dados na região extrapolada podem estar incorrectos.
A outra aproximação é usar os efeitos de polarização da luz dispersada. A luz dispersada Verticalmente polarizada tem vários testes padrões da dispersão e estruturas finas daquele da luz horizontalmente polarizada para partículas pequenas. A chave característica da intensidade horizontal da dispersão (i)h para partículas pequenas é que há um mínimo de ao redor 90 graus. Combinando efeitos de polarização com a dependência do comprimento de onda em grandes ângulos, o limite mais baixo da cola pode ser estendido a tão baixo quanto 40 nanômetro, alcançando quase o limite teórico. Esta aproximação combinada é sabida como a técnica Diferencial da Dispersão da Intensidade (PIDS) da Polarização patenteada pela Relha de Beckman.
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Figura 2. Um indicador 3-D da intensidade da Dispersão de Mie MimV de um volume de unidade de esferas com o R.I. relativo m = 1,50 + 0i no λ = 750 nanômetro.
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Figura 3. que Dispersa das polarizações diferentes.
A origem de efeitos de polarização pode ser compreendida da seguinte forma (Fig. 3). Quando uma partícula muito minúscula, muito menor do que o comprimento de onda da luz, é ficada em um feixe luminoso, o campo elétrico de oscilação da luz induz um momento de dipolo de oscilação na partícula, isto é os elétrons nos átomos que compreendem o movimento da partícula para a frente e para trás relativo à partícula estacionária. O movimento induzido dos elétrons será na direcção da oscilação do campo elétrico, e conseqüentemente da perpendicular ao sentido da propagação do feixe luminoso. Em conseqüência da natureza transversal da luz, o dipolo de oscilação irradia a luz em todos os sentidos exceto no sentido da oscilação; se o detector está enfrentando o sentido da oscilação não receberá nenhuma dispersão dos únicos dipolos. Quando o feixe luminoso é polarizado no sentido de v ou no sentido de h, a intensidade da dispersão Eu ev I parah um ângulo dado serão diferentes. A diferença no meio Mim ev I, isto éh (I - I), v hé chamado o sinal dos PIDS. Enquanto o tamanho de partícula aumenta, a interferência da intra-partícula faz o comportamento da partícula afastar-se daquele de um dipolo simples e o teste padrão da dispersão tornar-se-á mais complexo. Para partículas minúsculas, o sinal dos PIDS é aproximadamente uma curva quadrática centrada em 90 graus. Para partículas maiores as SHIFT do teste padrão aos ângulos menores e aos picos secundários parecem devido ao factor de dispersão. Porque o sinal dos PIDS é dependente do comprimento de onda claro relativo a do tamanho de partícula, a informação valiosa sobre uma distribuição de tamanho da partícula pode ser obtida medindo os PIDS sinaliza em diversos comprimentos de onda.
Figura 4 indica a SHIFT no valor máximo e a mudança ao contrário para partículas de vários diâmetros. Além Disso, porque o sinal dos PIDS varia em comprimentos de onda diferentes, a medida dos sinais dos PIDS em diversos comprimentos de onda oferecerá a informação adicional da dispersão que pode ser usada para refinar mais o processo da recuperação do tamanho.
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Figura 4. IIvh de PSL pequeno na água (λo = 450 nanômetro). Linha Pontilhada: d = 150 nanômetro; linha tracejada: d = 100 nanômetro; e linha contínua: d = 50 nanômetro.
De Figura 4, os testes padrões angulares para 100 nanômetro e mesmo para 50 partículas do nanômetro são reconhecíveis, além do que a SHIFT na linha central da simetria. Verificou-se com a simulação teórica e a experimentação real que a cola exacta das partículas do que aproximadamente 200 menores nanômetro dispersando a intensidade sem o uso da técnica dos PIDS é difícil e provavelmente fantasiosa. A combinação das três aproximações (escala, variação do comprimento de onda, e efeitos de polarização angulares mais largos) aumenta a caracterização exacta de partículas submicrónicas usando a dispersão de luz.
Figura 5 é uma distribuição trimodal típica recuperada em uma experiência da difracção do laser usando a técnica dos PIDS em comprimentos de onda múltiplos (lo = 450, 600, 750, e 900 nanômetro) e sobre uma escala angular da dispersão com ângulos até 144 graus, com (linha contínua) e sem (linha tracejada) utilização do efeito de polarização. As linhas pontilhadas mostram os valores nominais do diâmetro dos látex na mistura como relatado pelo vendedor de PSL. Sem a técnica dos PIDS o componente o menor é faltado, mesmo quando usar a informação recolheu em grandes ângulos de dispersão e em comprimentos de onda curtos. Figura 6 é uma imagem da microscopia de elétron (SEM) da exploração da amostra analisada em Figura 5 em que três tamanhos diferentes das partículas podem ser considerados.
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Figura 5. Uma mistura trimodal de PSL (diâmetros nominais 83 nanômetro, 204 nanômetro, e 503 nanômetro com 1:1: relação de 1 volume).
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Figura 6. Um elétron - imagem microscópica da amostra em Figura 5.
Conclusões
Usando todas as três aproximações, isto é largamente escala angular, comprimento de onda curto, e efeito de polarização, tamanho de partícula tão pequeno como 40 nanômetro podem correctamente ser medidos em vez da “extrapolação”. Não há nenhuma mistura das tecnologias. Todos Os sinais são do mesmo fenômeno da dispersão e são tratados integralmente em um único processo da recuperação de dados apenas como em uma medida ordinária da difracção do laser.
Sobre a Relha de Beckman
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Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos pela Relha de Beckman.
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