小角激光散射ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-30 22:11 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 層清澈的液體。 25 三 、光散射儀器結(jié)構(gòu)和 X光散射實(shí)驗(yàn)原理 （一） 激光散射儀器的結(jié)構(gòu) 1． 廣角激光散射光度計(jì) 激光散射光度計(jì)可組成既能用于溶液彈性光散射 ，又能用于準(zhǔn)彈性光散射的儀器 ， 后者對(duì)儀器要求更高 。 圖 1010是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)示意圖，可在 30o140o范圍測(cè)定散射光強(qiáng)角度分布。樣品約 1毫升，采用模擬或光子計(jì)數(shù)法測(cè)量散射光強(qiáng)。 1 2 3 11 4 5 6 7 8 9 10 12 圖 1 0 . 1 0 廣角激光散射光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 26 2．小角激光散射光度計(jì) 圖 1011是小角激光散射光度計(jì)的光路圖。散射角 θ的大小由環(huán)形光欄的半徑及其距散射池心的距離所決定， E是散射池，池體厚一般為 15mm，散射池體積約 mm，視場(chǎng)光 闌 約 mm，散射角 2o~7o， △ θ約 1o。一般僅測(cè)定一個(gè)角的散射光強(qiáng)，改變測(cè)定角度需重新調(diào)整環(huán)形光 闌 的半徑，測(cè)定前先測(cè)定儀器常數(shù)，然再測(cè)定樣品相對(duì)分子質(zhì)量。 1 2 3 4 5 圖 10 1 1 小角激光散射光度計(jì)光 路 示意圖 27 （二）光散射實(shí)驗(yàn)技術(shù)及小角 X射線散射法原理 1．光散射實(shí)驗(yàn)技術(shù) 光散射實(shí)驗(yàn)就是用光散射法測(cè)定高聚物相對(duì)分子質(zhì)量和分子尺寸等的實(shí)驗(yàn)，主要是在恒溫下測(cè)定溶液折光指數(shù)的濃度依賴性 dn/dc(折光指數(shù)增量 )值和由溶液、溶劑及苯的散射強(qiáng)度角度依賴性數(shù)據(jù)而得到瑞利比 R（ θ）。 因?yàn)楣鈱W(xué)常數(shù) H與 dn/dc的平方成正比，所以此值的準(zhǔn)確測(cè)定十分重要，一般用示差折光儀測(cè)定。 dn/dc值一般在高聚物手冊(cè)中可以查到，所以除特殊需要外不必自己測(cè)定。 瑞利比 R（ θ）的測(cè)定是根據(jù)式 (1015)定義的 . 28 2．小角 X射線散射法基本原理 在結(jié)晶高聚物研究中，常常要求測(cè)定范圍在幾納米到幾十納米的長(zhǎng)周期，因此只有將測(cè)定角度縮小到小角范圍（ 1176。 ～ 2176。 ）以內(nèi)才能測(cè)定衍射強(qiáng)度或記錄衍射花樣，在這樣的角度范圍內(nèi)測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)上是很困難的。如圖 1012是大角 X射線衍射與小角 X射線衍射距離差異示意圖。 入射 ? X 射線 ?樣品 ?大角 X 射線衍射 ?小角 X 射線散射 ?5 cm 32cm 圖 1 0 1 2 ? 大角 X 射線衍射與小角 X 射線散射示意圖 ?29 第三節(jié) 小角激光和小角 X射線散射技術(shù) 一、 小角激光散射 儀 (SALS)工作原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù) （一）基本原理 小角激光散射 (SALS)方法所用的儀器裝置通常由光源、偏振系統(tǒng)、樣品臺(tái)和記錄系統(tǒng)組成（圖 1013）。目前一般采用激光器做光源，例如小型的氦－氖氣體激光器（6328?）即可適用?？刹捎闷衿髌鹌R和檢偏鏡。 30 在 SALS研究中，人們廣泛地采用照相方式來記錄散射圖像。 這一方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備很簡(jiǎn)單 ，只要在記錄部位放上照相機(jī)（暗盒架）即可工作。由于激光光源的光強(qiáng)很大，所以曝光時(shí)間很短，通常少于 1s。若能采用一次成像片（ Polaroid片）記錄，則半分鐘內(nèi)就可看到結(jié)果。照相法的 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一次就可以得到散射圖像的全貌，這一點(diǎn)對(duì)散射圖像并非圓對(duì)稱的樣品尤為重要。 照相記錄法的缺點(diǎn)是靈敏度較低，不易得到較精確的光強(qiáng)數(shù)據(jù)以作定量研究。 光電記錄方法在這方面有它的優(yōu)點(diǎn)，但它的設(shè)備不如照相法簡(jiǎn)單，另外也不便于很快獲得散射圖像的全貌，因此兩種方法是互相補(bǔ)充的，應(yīng)根據(jù)需要選用。 31 （二）實(shí)驗(yàn)技術(shù) 1． 樣品制備 一般說來，薄膜狀樣品是可用于光散射研究的。但制備合適的樣品，對(duì)得到好的實(shí)驗(yàn)效果還是十分重要的。首先，樣品的厚薄是要注意的。厚薄的選擇要根據(jù)樣品的透明程度，一般認(rèn)為樣品的透光度應(yīng)在 80％以上為宜。樣品太厚時(shí)，不只透過光和散射光太弱，而且由于多次散射現(xiàn)象（ Multiplescattering），散射圖像會(huì)變的彌散而不利于分析研究。 32 為了獲得清晰的圖像，試樣的表面應(yīng)盡量平整。若有表面散射干擾測(cè)量效果時(shí)，可選用與試樣具有相近折射率的浸漬液滴加在試樣表面上，也可用兩蓋玻片把涂有浸漬液的試樣夾在中間。試樣在浸漬液中應(yīng)不溶解和不溶脹。常用的有硅油、香柏油等。 在研究纖維樣品時(shí)，纖維應(yīng)盡可能平行排列。 此外，一定要用漬液消除表面散射的干擾。 33 2．圖像的斑點(diǎn)性（ Speckled appearance） 在 SALS實(shí)驗(yàn)中有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)散射圖像是由許多斑點(diǎn)組成的。當(dāng)斑點(diǎn)粗大時(shí)，圖像的質(zhì)量就變的很差，難以從中取得合理的數(shù)據(jù)。 對(duì)球晶散射的理論分析表明，不同球晶的散射之間的干涉現(xiàn)象會(huì)引起圖像呈現(xiàn)斑點(diǎn)性。 這時(shí)散射光強(qiáng)中除有反映單個(gè)球晶的散射項(xiàng)外，還有包括了反映球晶間干涉的所謂交錯(cuò)項(xiàng)，后者對(duì)光強(qiáng)度的分布起到調(diào)制作用。這種作用在球晶數(shù)量不大時(shí)特別明顯。 34 當(dāng)樣品存在宏觀取向時(shí)，樣品和偏振系統(tǒng)的相對(duì)取向?qū)ι⑸鋱D像會(huì)有很大影響。 對(duì)球晶的研究表明，當(dāng)球晶處于一個(gè)均勻的單軸取向的介質(zhì)中時(shí)，若讓其取向方向與偏振鏡方向成 45o夾角，則雙折射效應(yīng)的影響最大。不只是強(qiáng)度值有影響，散射圖形也會(huì)隨雙折射量的增加而明顯變化。 Motegi等的分析表明，若在觀察時(shí)使取向方向與偏振鏡的方向成 0o或 90o夾角，則雙折射的影響會(huì)減少到可以不計(jì)的程度。在一般的光散射理論處理中均不考慮雙折射效應(yīng)的影響，因此在研究取向樣品時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)樣品使其光軸方向和入射光的偏振方向平行或垂直，以消除雙折射的影響。 35 4. 散射角的測(cè)定和修正 散射角是散射測(cè)量中最基本的參數(shù)之一。 在照相法中一般采用平板式相機(jī)。散射角是通過測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)到入射光中心斑點(diǎn)的距離和樣品底片間距離來計(jì)算的。在原理類似的光電記錄設(shè)備上角度測(cè)定的方法是相同的。 由于實(shí)際操作中樣品到檢測(cè)面的垂直距離有時(shí)不易測(cè)
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