通过动态光散射显微技术测量浑浊溶液中的颗粒尺寸分布

本实验的总体目标是证明动态光散射和共聚焦显微镜可用于测量浑浊溶液中的粒径分布，而无需稀释。这是动态光散射显微镜的装置。它配备了一台固态激光器，可在488纳米波长下以30毫瓦的连续波模式运行。

此外，系统还配备了一个雪崩光电二极管，以及一个连接到计算机用于测量的自相关仪。实验装置中的倒置显微镜具有带温度调节功能的载物台。盒子中包含了实验所需的其余光学元件。

该示意图提供了实验装置布局的更完整视图。在对光束轮廓进行整形后，将光束引入显微镜。通过背向散射几何构型获取光散射信号，并将其引导至探测器。

通过CCD相机可以利用一个分光镜观察部分反射光。实验样品需提前一天准备。样品制备需要20毫升脱气去离子水以及纯化的NIPA。

此外，需要少量的四甲基乙二胺（TMEDA）和过硫酸铵。制备步骤中还需使用置于搅拌器上的冰水浴、两个反应容器、铝箔以及氩气气源。首先，将9.5毫升脱气去离子水量取至一个反应容器中。

将NIPA加入水中。接着，将反应容器转移至搅拌器上的冰水浴中，并加入搅拌子。用铝箔覆盖冰水浴及反应容器，以避光保护反应。

使用连接至氩气源的移液枪头，向溶液中通入适量氩气。开启搅拌器，轻轻搅拌溶液10分钟。随后，使用微量移液器量取11.9微升TMEDA。

简而言之，揭开锡箔，将TMEDA加入溶液中，然后在氩气氛围下继续搅拌一分钟。在样品搅拌的同时，操作第二个反应容器，向其中加入4毫克过硫酸铵。

然后，加入 0.5 毫升脱气并去离子的水。待过硫酸铵完全溶解后，将该溶液加入样品溶液中，并在氩气流下继续搅拌 30 秒。30 秒后，将反应容器从冰浴和搅拌器中取出。

储存前，用铝箔覆盖容器，将溶液转移至冰箱中，在4°C下过夜保存，待使用时取出。取出样品溶液后，将其制备成显微镜可用的样品。准备两个凹槽载玻片、两个圆形玻璃盖玻片以及适当的胶水，用于制备样品和标准参比玻片。

对于样品载玻片，量取60微升样品溶液。将溶液置于其中一个凹面载玻片上。用圆形盖玻片覆盖溶液，注意避免产生气泡。

使用微量移液器和实验室擦拭纸去除多余的溶液。然后，在盖片边缘涂抹胶水，以密封溶液样本载片。接着，建立一个标准参照物。

使用0.1重量百分比的聚苯乙烯乳胶溶液。在第二个凹面载玻片中加入60微升聚苯乙烯乳胶溶液，盖上盖玻片，确保无气泡残留。去除多余溶液后，使用胶水密封载玻片中的溶液。

对于两张载玻片，均在室温下静置，使胶水自然干燥。此时，将参考载玻片转移至配备10倍物镜的倒置显微镜，并将其放置在显微镜载物台上，盖玻片应朝下。

接下来，在探测器前放置一个光束阻尼器。然后，通过物镜将激光束照射到样品上。继续操作物镜。

调整镜头高度以设定焦点。通过CCD观察，当物镜从最低位置上升时，反射图像首先会在盖玻片表面聚焦，随后在盖玻片与样品之间的界面处聚焦。

它将在样品与载玻片之间的界面处第三次聚焦。将焦平面设置在盖玻片-样品界面与样品-载玻片界面之间。通过降低激光功率来减弱散射光。

然后，移除光束挡板，使散射光进入探测器。准备就绪后，通过控制计算机启动一次30秒的时间相关性测量。接下来，在重复测量之前，调整显微镜的焦点位置。

使用多个焦点位置以获得时间相关函数初始振幅的较宽范围。收集到足够数据后，在探测器前放置光束阻尼器。在显微镜处，取下标准参考样品。

使用空的显微镜载物台开始样品测量过程，并将温度设置为25摄氏度。然后，将制备好的样品载玻片盖玻片朝下放置在载物台上。调节物镜的高度，以确定盖玻片与样品的界面。

进一步调整以找到样本载玻片的界面。测量时，将焦点设置在这两个位置之间。从探测器前方移除光束阻尼器。

在计算机上进行 30 秒的时间相关性测量。接下来，将载物台温度设置为 35 摄氏度。由于该温度高于低临界溶解温度，溶液将从澄清变为浑浊。

再次测量时间关联函数。以下是聚苯乙烯乳胶悬浮液标准样品在两个不同焦平面的时间关联函数。红色曲线对应的时间关联函数其初始振幅约为一。

蓝色曲线对应于初始振幅约为0.2的情况。这是通过对初始振幅为0.2的数据进行逆拉普拉斯变换所得到的粒径分布。该计算考虑了部分外差效应的影响。

标称粒子半径为50纳米。这些时间相关函数对应于聚(NIPA)在低临界溶解温度以下和以上的测量结果。黑色曲线对应于25摄氏度下的测量数据。

红色曲线对应溶液变浑浊后立即在35摄氏度下进行的测量，蓝色曲线对应溶液变浑浊20分钟后在35摄氏度下进行的测量。以下是与各测量条件相关的粒径分布。

低于下临界溶解温度时，平均流体动力学半径为几十纳米。高于临界温度时，尺寸约为1微米。曲线随温度和时间的移动表明聚集体的生长。