Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Измерение динамической составляющей рассеянного света



На рисунке 31.6 приведены несколько схем, иллюстрирующих три различных подхода, используемых в экспериментах по динамическому рассеянию света: (a) метод фильтра, (б) метод гомодинирования и (в) метод гетеродинирования. Ниже мы кратко опишем каждый из них.

1 – интерферометр; 2 – ФЭЧ; 3 – регистратор     1 – ФЭЧ; 2 – автокоррелятор; 3 – регистратор     4 – рассеянный свет; 5 – не рассеянный свет

Рис. 31.6 Схемы различных видов техники эксперимента: (a) фильтр; (б) гомодин и (в) гетеродин

Техника фильтра

 

Классическая техника фильтра используется для демодуляции быстрых процессов (10−11−10−7 сек). В интервале 10−11−10−9 сек применяется дифракционная решетка, для процессов в шкале времени 10−10−10−7 сек интерферометр Фабри-Перо. Поскольку вращательные времена небольших глобулярных белков лежат в интервале от10−7 до 10−6 сек, то мы остановимся на интерферометре Фабри-Перо чуть более подробно.

Интерферометр Фабри-Перо состоит из двух плоскостей зеркального диэлектрика, выстроенных параллельно. Внутренние поверхности зеркал обладают высокой отражающей способностью, близкой к 99%. В экспериментах по рассеянию, свет обычно проходит через нормаль интерферометра к зеркалам, затем отражается обратно и попадает в камеру интерферометра. Волна, имеющая длину λ,сохранится внутри интерферометра, если целое число половины длины волны будет соответствовать размеру камеры, т. е. m(λ/2) = d, где m целое число и d – расстояние между зеркалами. При таком соотношении между m, λ и d будет иметь место максимум интенсивности передаваемого света. Таким образом, в соответствии с выбранным d, интерферометр выбирает только одну частотную компоненту (длину волны) из спектра рассеяния света. Для получения особо высокого разрешения используется сферическое зеркало вместо плоского, как описано выше. Сферические зеркала повышают светособирающую способность и дают возможность легко сканировать спектр. Интерферометр Фабри-Перо может быть использован для измерения подвижности небольших глобулярных белков, поскольку их вращательные времена лежат в интервале от10−7 до 10−6 сек. Однако большинство биологических макромолекул имеет корреляционные времена, лежащие в интервале от10−6 до 1 сек (см. ту же таблицу) и, следовательно, техника фильтрации для них не применима.

Техника гомодинирования и гетеродинирования.

В методе динамического рассеяния света используются две техники - гомодинирования и гетеродинирования, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. В большинстве приложений, обсуждаемых ниже, используется гомодинная техника (техника самобиений), когда только рассеянный свет коррелирует сам с собой (рис. 31.6(б)). Поскольку любой фотоприемник не реагирует на частоты, большие чем 1010 Гц, то он будет регистрировать только частоты колебаний, обусловленные диффузией макромолекул в растворе.

В другом экспериментальном варианте используется техника оптического гетеродинирования, при котором на фотокатоде смешиваются поле рассеянного света и поле гетеродина (опорного пучка) (рис. 31.6(в)). В качестве последнего может служить часть первоначально падающего лазерного луча. Смешение частот опорного и рассеивающего пучков приводит к двум важным следствиям. Во-первых, максимум спектра сдвигается до значения разностной частоты ν0 - ν', которая теперь является легко детектируемой радиочастотой. Во-вторых, получаемая таким образом корреляционная функция является корреляционной функцией поля, которая несет в себе информацию не только об амплитуде, но и о фазе сигнала. Недостаток техники гетеродинирования состоит в необходимости тщательного согласования волновых фронтов рассеянного света и опорного пучка, что само по себе является нетривиальной задачей.

 

Фотонная корреляционная спектроскопия.

Техника фотонной корреляционной спектроскопии используется для регистрации медленных процессов, чьи характерные времена лежат в интервале от10−6 до 1 сек. В этой технике фильтр не используется и свет попадает непосредственно на фотодетектор. Аппаратура, необходимая для получения спектров ДРС, хотя и не является сложной, но требует выполнения некоторых условий для получения оптимального соотношения сигнал-шум и сохранения когерентности сбора рассеянного света. При построении спектрометра по исследованию динамического рассеяния света одним из принципиальных вопросов является вопрос о когерентности собираемого рассеянного света при заданном разрешении прибора, поскольку он определяет предельную чувствительность метода. Сформулированные на сегодня критерии такого сбора сводятся к несколько простым правилам для угла сбора и размера фотокатода оптического спектрометра. На практике, эти критерии сводятся к выбору размеров двух точечных диафрагм при заданном расстоянии между рассеивающим объемом и фотоумножителем.

 

Рис. 31.7. Схема спектрометра по корреляции фотонов, используемого в режиме самобиений. Оптимальный сигнал получается тогда, когда точечная диафрагма имеет тот же радиус, что и лазерный луч. Типичное значение расстояния, L1, между рассеивающим объемом и щелью равно около 1м, размер щели, d1 перед ФЭУ, равен около 0.1-0.2 мм. Для сохранения когерентности сбора точечнaя диафрагмa перед ФЭУ должна иметь как можно меньший размер. Однако, её очень сильное уменьшение приводит к падению регистрируемой интенсивности

 

Схема типичной экспериментальной установки показана на рисунке 31.7. Линза L1 фокусирует лазерный луч в центре рассеивающей ячейки. Апертурная линза L2, и фотоумножитель располагаются на плече, вращающемся вокруг оси, проходящей через центр ячейки. Положение плеча определяет угол рассеяния 2θ. Расположение элементов на плече отрегулировано таким образом, чтобы изображение рассеивающего объема фокусировалось на точечной диафрагме. Сигнал рассеяния анализируется с помощью коррелятора электронной обработки сигнала. Рисунок 31.8 показывает типичный ход корреляционной функции G(2)(τ), которая всегда состоит двух частей: зависящей и не зависящей от времени. Не зависящая от времени часть, подставка под корреляционной функцией, определяется шумами прибора, статическим релеевским рассеянием и пропорциональна числу частиц в рассеивающем объеме (т.е. концентрации исследуемого объекта).

 

Рис. 31.8 Типичный вид корреляционной функции в эксперименте по динамическому рассеянию света

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.