Módszerek

1. Módszerek • Fényszórás (sztatikus és dinamikus) • Ülepítés gravitációs erőtérben • Centrifugálás (tájékoztatásul) • Diffúzió mérése (tájékoztatásul) • Ozmózisnyomás mérése

2. Fényszórás Isz I0 I Látható fény csak akkor szóródik, ha a rendszer optikailag inhomogén, és az eltérő törésmutatójú helyek kiterjedése kolloidális méretű. τ: zavarossági koefficiens (turbiditás) d: rétegvastagság Ha nincs abszorbancia és reflexió: Méret növekedésével az oldalirányokban kilépő fény mennyisége először nő, majd csökken: belső interferencia + makroszkopikus reflexió

3. Fényszórást leíró modellek osztályozásának alapja: • Részecske mérete • Részecske és a közeg törésmutatójának különbsége • Törésmutató különbség oka • Rayleigh-szórás: mikrofázisokra • méret (átmérő) < 0,1 λ, a törésmutatók különbsége nagy, amely a fázishatároknál jelentkezik (Rayleigh-tartomány) • II. Debye-szórás: makromolekulás oldatokra • méret < 0,1 λ, a törésmutatók különbsége kicsi • (koncentráció fluktuációk miatt, Debye-tartomány) • III. Mie-szórás: durvább mikrofázisokra • (néhány 100 nm-es részecskék)

4. Rayleigh-szórás(egyetlen részecskére) pontszerű fényforrás és a közeg kontinuum A szórt fény intenzitása: Lord Rayleigh (1842-1919) V2 (r6) 1/ λ4 n = nr / nk “l” a szórócentrum és a megfigyelő távolsága • Szórás csak akkor, ha van törésmutató különbség • A szóródás a részecske térfogatával négyzetesen nő • Az szórt fény intenzitása (és polarizáltsága!) irányfüggő (SUGÁRTEST) • A kisebb hullámhosszú fénysugarak jobban szóródnak (ég színe) Levegő: I=I0/e d=100 km Sűrűség fluktuáció miatt!

5. Sugártest Vertikálisan polarizált Isz I0 I I0 Polarizálatlan Polarizálatlan 0° 0° Isz Eredő intenzitás Horizontálisan polarizált 90° Teljes polarizáció 90°–os irányban

6. MÉRETMEGHATÁROZÁSRA TÚL ÉRZÉKENY, inkább koncentráció meghatározásra alkalmas A: állandó V: egyetlen részecske térfogata Több részecskére: db/cm3 Ha nincs valós abszorbancia, akkor a turbiditás helyett látszólagos abszorbanciát (Ab) is mérhetünk, amelyből a turbiditás számítható (Ab = τ/2,3).

7. Tájékoztatásul Debye-szórás: makromolekulák moltömegének meghatározása Turbiditás arányos a koncentrációval és fordítottan arányos dπ/dρ-val: H= f( λ, a közeg törésmutatója és az oldat törésmutatójának inkrementuma); konstans; ρ: tömegkoncentráció (kg/m3); π: ozmózis nyomás Ideális esetben:

8. Tájékoztatásul Nem ideális: B: meredekség (második viriál együttható) Azaz ρ 0 M meghatározható (tömegátlag) A gyakorlatban nem turbiditást mérnek, hanem szórt fény intenzitást (90°-nál), melyből meghatározzák a redukált szórás intenzitást.

9. Tájékoztatásul A gyakorlatban nem turbiditást mérnek, hanem szórt fény intenzitást (90°-nál), melyből meghatározzák a redukált szórás intenzitást. l: detektor távolsága a v szórótérfogattól K: rendszerre jellemző optikai állandó Nagyobb molekulákra (0,1-1 λ) a mennyiséget 0°-os szögre is extrapolálni kell (Zimm-diagram) a sugártest torzulása miatt

10. Tájékoztatásul Mie-szórásesetén a sugártest torzul, bonyolult összefüggések alapján, de pontosan lehet méretet meghatározni

11. Hogyan mérjük? Cella: termosztálva, IM folyadékkal töltve

12. Sztatikus fényszórás Diszperziókra: 400 nm - 2000 nm (és a Debye-tartományban makromolekulákra) Egy adott irányba szórt intenzitásidőátlagát mérjük A szórás függ a részecskék méretétől és alakjától. Nagyobb koncentrációknál belső szórás, nagy részecskeméreteknél részecskén belüli interferencia Dinamikus fényszórás 5 nm - 5 μm A szórt fény intenzitásában bekövetkező fluktuációkat mérjük. A fluktuációk a részecskék Brown-mozgásából származnak. Lézer Doppler effektus, adott frekvenciával modulálva egy lézersugarat a részecske elmozdulása következtében fáziseltolódás: jel Tulajdonképpen diffúziós együttható eloszlást mérünk Méreteloszlás számítása

13. Laser beam with a given frequency o Change in frequency: Doppler effect Stationary particles Moving particles (determined at Imax/2) o Photon correlation spectroscopy (PCS) or quasi-elastic light scattering (QELS)