电泳光散射法纳米颗粒zeta电位测量方法研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengk33
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纳米颗粒在胶体分散体系中的稳定性是一个标准纳米颗粒系统很重要的内容。颗粒表面电位,可以表征与控制胶体分散体系的稳定性。测量颗粒表面电位是通过测定Zeta电位来实现的,而用电泳光散射法测定颗粒的电泳速度从而计算出Zeta电位,具有快速、统计精度高、重现性好的优点。然而,由于该方法对测量精度、数据处理的要求较高,目前国内还不能生产基于电泳光散射法的zeta电位测量仪,本论文系统研究了该仪器的各测量模块,组建了完整的测量系统,有望于近期研制成功电泳光散射zeta电位测量仪。  本论文具体论述了电泳光散射zeta电位测量系统中的光路设计、样品池结构设计和信号处理模块。研究了两种实验光路:双光路法和参考光路法。在双光束光路中,两束相干光在样品池中相交形成干涉条纹区域,做电泳运动的微小颗粒通过该干涉区域时,产生的散射光光强有一个余弦波动,检测该区域的颗粒的散射光光强,就能得到颗粒的电泳速度。该光路的检测器得到的多普勒频移与散射光方向无关,可以使用相对口径大的接收透镜来增加散射光功率。在参考光路中,利用做电泳运动的颗粒散射光和光源的参考光叠加,用光外差检测法得到颗粒的电泳速度。该光路搭建比较容易,检测器的探测点更容易对准。我们进一步从理论上证明了两种光路从原理上的一致性,并系统比较了两种光路中各物理参数的关系。设计了微流速装置代替带电颗粒的定向电泳运动,检验了光路的可行性。  电泳光散射系统中的样品池用来盛放样品溶液,并且需要光束能通过,还要能给里面的样品提供一个稳定的电场,样品颗粒能很好的做定向电泳运动。本文设计了方形流动U型的样品池,可以实现外部电场施加、样品更换、光路对中等。实验结果表明,该结构具有较好地稳定性和可调节性。还设计了样品池的交变间歇电源,解决了直流电场引起的焦耳热等对测量结果的影响。  为了判断颗粒的带电正负,消除基频信号的影响,设计了基于压电陶瓷的光学移频装置,实验检测了该装置的移频稳定性能。实验结果表明,自行设计的该装置,可以实现100Hz左右的稳定移频,达到上述两种效果。  数据处理模块采用自行设计的基于FPGA的光子相关器,采用1000个数据分析通道,100us采样时间,对测量数据实现了实时相关分析。并利用Labview平台组建了zeta电位的实验室测量系统,测量了不同条件下颗粒分散系的zeta电位,得到了较好的实验结果。
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