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激光動態光散射儀的原理與結構

2010-10-22

一、激光動態光散射儀的結構

動態光散射儀的結構原理圖如下：

儀器結構總是與其功能相適應的，下圖為生命科學學院所有的protein solution公司的MS800光散射儀的外形。

上方為主機，包括激光器、檢測器、相關器等；下方是溫控器和樣品室。
二、動態光散射儀的工作原理

動態光散射技術（dynamic light scattering,DLS）是指通過測量樣品散射光強度起伏的變化來得出樣品顆粒大小信息的一種技術。之所以稱為“動態”是因為樣品中的分子不停地做布朗運動，正是這種運動使散射光產生多普勒頻移。動態光散射技術的工作原理可以簡述為以下幾個步驟：首先根據散射光的變化，即多普勒頻移測得溶液中分子的擴散系數D，再由D=KT/6πηr可求出分子的流體動力學半徑r，(式中K為玻爾茲曼常數，T為絕對溫度，η為溶液的粘滯系數),根據已有的分子半徑-分子量模型，就可以算出分子量的大小。

光在傳播時若碰到顆粒，一部分光會被吸收，一部分會被散射掉。如果分子靜止不動，散射光發生彈性散射時，能量頻率均不變。但由于分子不停地在做雜亂無章的布朗運動，所以，當產生散射光的分子朝向監測器運動時，相當于把散射的光子往監測器送了一段距離，使光子較分子靜止時產生的散射光要早到達監測器，也就是在監測器看來散射光的頻率增高了；如果產生散射的分子逆向監測器運動，相當于把散射光子往遠離監測器的方向拉了一把，結果使散射光的頻率降低。日常生活中，但我們聽到救護車由遠而近時，聲音的頻率越來越高，也是同樣的道理。實際上我們可以根據聲音頻率變化的快慢來判斷救護車運動的速度。

光散射技術就是根據這種微小的頻率變化來測量溶液中分子的擴散速度。由D=KT/6πηr可知，當擴散速度一定時，由于實驗時溶劑一定，溫度是確定的，所以擴散的快慢只與流體動力學半徑有關。蛋白質多方面的性質都直接和它的大小相關。因此，光散射廣泛應用與蛋白質及其它大分子的理化性質研究。

三、動態光散射技術的應用

溶液中的顆粒物質（如生物大分子、高分子聚合物、膠束等），其顆粒大小的變化往往可以反應出某些性質方面的變化。由于光散射實際上是首先

通過測量大分子物質的擴散系數，進而推導出其它參數。所以，光散射不僅可以用來進行靜態測量，還可以檢測一些動態過程的變化。