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Photon Correlation Spectroscopy

(Translation is coming soon)

Die dynamische Lichtstreuung (DLS) bzw. Photonenkorrelationsspektroskopie (PCS) ist eine etablierte Methode zur Größenbestimmung von Nanopartikeln in einer Flüssigkeit bekannter Viskosität und Temperatur. Ein Laserstrahl, der auf ein sich Brown’sch im Medium bewegendes Nanopartikel trifft, wird gestreut. Mit einem empfindlichen Photodetektor wird dieses gestreute Licht gemessen und daraus die Autokorrelationsfunktion bestimmt. Aus diesem Autokorrelationsspektrum kann wiederum die Verteilung der (hydrodynamischen) Größe der Partikel berechnet werden. Für monodisperse Suspensionen ist die Autokorrelationsfunktion eine Exponentialfunktion. Für Suspensionen, die verschiedene Partikelgrößen enthalten, ergibt sich eine komplexere Autokorrelationsfunktion. Um hieraus die Größenverteilung der verschieden großen Partikel zu bestimmen, wird meistens die so genannte NNLS- (non-negative least-square) Methode verwendet. Alternativ können der mittlere Teilchendurchmesser sowie der Polydispersitätsindex (ein Maß für die Breite der Größenverteilung) mit der Methode der zweiten Kumulante bestimmt werden. Da der Durchmesser des Partikels in das Signal mit der 6. Potenz eingeht, dominieren bei multidispersen Proben die großen Partikel, so dass im Allgemeinen keine Anzahl- sondern eine Volumenverteilung angegeben wird.

Die Auswertung der Autokorrelationsfunktion setzt dabei voraus, dass es keine Mehrfachstreuung gibt. Generell wird diese Anforderung dadurch erfüllt, dass stark verdünnte Suspensionen verwendet werden. Alternativ kann der optische Weg, den der Laserstrahl durch das Medium zurücklegt, durch eine geeignete Geometrie des Aufbaus minimiert werden. Um an konzentrierteren Proben messen zu können, kann auch die so genannte Kreuzkorrelationsspektroskopie (PCCS) eingesetzt werden, bei der zwei Laser-Detektor-Paare verwendet und somit die Einzel- von den Mehrfachstreuergebnisse getrennt werden können.

Photonenkorrelationsspektroskopie

Am Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlage der Elektrotechnik steht das PCCS-Gerät NANOPHOX der Firma SYMPATEC GmbH aus Clausthal-Zellerfeld zur Verfügung, das die Messung im PCS- und PCCS-Mode gestattet.Die Auswertung der Autokorrelationsfunktion zur Bestimmung der Partikelgröße kann wahlweise mittels der Methode der zweiten Kumulante oder mittels NNLS erfolgen.