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Zusatzinformation: Dynamische Lichtstreuung

Bei der dynamischen Lichtstreuung (auch unter den Bezeichnungen quasielastische Lichtstreuung oder Photonenkorrelationsspektroskopie bekannt) betrachtet man die zeitliche Änderung der Streulichtintensität. Schickt man einen Laserstrahl durch eine Probe, wird das Licht an Partikel-Streuzentren gestreut. Dabei kann Interferenz zwischen den Lichtwellen auftreten. Sind die Streuzentren an zwei verschiedenen Partikeln lokalisiert, so ändern sich durch die Diffusion der Teilchen Orientierung und Abstand der Streuzentren mit der Zeit. Das Licht weist dann Intensitätsfluktuationen auf, da die Moleküle in ständiger Bewegung sind. Die Fluktuation der Lichtintensität I(t) ist um so schneller, je kleiner die Partikel in der Lösung sind. Unterschiedlich große Moleküle erzeugen also unterschiedlich schnelle Schwankungen, die sich überlagern. Diese können durch mathematische Methoden (Autokorrelationsanalyse oder schnelle Fourier-Transformation) separiert werden.

Zur Ermittlung der so genannten Korrelationsfunktion <I(t) I(t + δt)> wird die Streuintensität zu einem gegebenen Zeitpunkt I(t) mit der Streuintensität ein kurzes Zeitintervall später I(t + δt) multipliziert. Diese Prozedur wird für viele Zeiten wiederholt, bevor man das Mittel aus den erhaltenen Produkten berechnet. Das Ergebnis ist nur noch vom Intervall δt abhängig. Die Art und Weise, wie die Korrelationsfunktion auf einen konstanten Wert relaxiert, enthält nun alle Informationen über die Teilchengröße. Der Korrelator einer Anlage zur Messung der dynamischen Lichtstreuung berechnet aus den gemessenen Intensitäten I(t) und I(t + δt) die Korrelationsfunktion C(δt):

C ( δ t ) = < I ( t ) I ( t + δ t ) > < I ( t ) > 2

Zwischen der Partikelgröße und der Funktion C(δt) besteht für den Fall einer idealen monodispersien Suspension eine Beziehung, mit deren Hilfe sich der Diffusionskoeffizient D der Teilchen berechnen lässt:

C ( δ t ) e D q r 2 D = Diffusionskoeffizient q = 4 π λ sin ( θ 2 ) λ = Anregungswellenlänge θ = Streuwinkel

Die dynamische Lichtstreuung ist also eine Methode, mit der die Dynamik von Licht streuenden Proben untersucht werden kann. Das Verfahren wird u.a. zur Analytik von Proteinen, verschiedenen polymeren und kolloidalen Systemen, Solen, Emulsionen und Dispersionen eingesetzt.

Quelle u.a. Norbert Nagel, Untersuchungen zu Lösungsmittel-induzierten Phasenumwandlungen symmetrisch-kettiger Phospholipide, Dissertation TU München, 1994