آنالیز DLS روشی فیزیکی برای تعیین توزیع ذرات موجود در محلول ها و سوسپانسیون ها است. در این روش پس از برهمکنش نور لیزر با ذره، پراکندگی و تغییرات شدت نور بر حسب حرکات براونی ذرات، ارزیابی شده و بر اساس آن توزیع ابعاد ذرات محاسبه می گردد. به دلیل حرکت ذرات و برهمکنش آن ها با محیط مایع، شدت پراکندگی نور بر حسب زمان و در زوایای مختلف متغیر است. از همبستگی موجود بین این تغییرات و پارامترهای کلوئید، می توان اندازه ذرات را محاسبه کرد.

به عبارت دیگر اندازه‌ گیری حرکت براونی ذرات در تست DLS، از طریق محاسبه میزان نوسانات شدت پرتوهای نور متفرق شده توسط ذرات کوچک و بزرگ مشخص می شود. این تشخیص، از روی تغییرات الگوی نقطه ‌ای که به صورت کم‌ نور شدن و یا پر ‌نور شدن نقاط تیره و روشن است، انجام می گیرد. تعیین شدت تفرق پرتوهای نور، به اندازه‌ گیری ذرات منتهی می ‌شود.

حرکت براونی ذرات در آزمون DLS

وقتی ذرات مختلف درون محلول های پخش کننده (Dispersant) قرار می گیرند، مولکول های محلول به ذرات نیرو وارد می کنند. به حرکت تصادفی ذرات درون محلول پخش کننده که بر اثر اعمال نیرو از سوی مولکول های محلول ناشی شود، حرکت براونی (Brownian Motion) می گویند.

اندازه گیری حرکت براونی ذرات در آنالیز DLS با استفاده از دستگاه DLS و تابش پرتوهای مرئی از یک منبع نور از جنس نئون– هلیوم با طول موج 633 نانومتر انجام می گیرد. حرکت براونی ذرات درون محلول پخش کننده، وابسته به اندازه ذرات است. هر چه اندازه ذره درون محلول بزرگ تر باشد، حرکت براونی ذره آهسته تر شده و به همین ترتیب، با کوچک تر شدن اندازه ذره، حرکت آن درون محلول پخش کننده سرعت بیشتری خواهد داشت.

حرکت براونی ذرات به عوامل دیگری مانند دما و ویسکوزیته نیز بستگی دارد. بنابراین ضروری است که عوامل تأثیرگذار در اجرای آزمون کاملا ثابت باشند. در غیر این صورت، آزمون انجام شده دارای خطا خواهد بود.

آنالیز DLS به چه صورتی اجرا می شود؟

هر ذره در سوسپانسیون، دائماً به طور مستقل از ذرات دیگر حرکت می کند. این تحرک در آنالیز DLS نقش مهمی ایفا می کند. در دمای ثابت، ذراتی با ابعاد بزرگتر بسیار آهسته ‌تر حرکت می ‌کنند. وقتی اشعه لیزر با فرکانسی معین به ذرات متحرک برخورد کند، با فرکانسی متفاوت پراکنده می شود و در فاز نور پخش شده نوسان ایجاد می‌ شود. به این پدیده اثر داپلر (Doppler effect) می گویند .میزان تغییر در بسامد نور پخش شده با اندازه ذرات مرتبط است. به این صورت که در سرعت های متوسط بیشتر، ذرات کوچک ‌تر تغییر بیشتری در فرکانس نور به وجود می آورند. رابطه بین اندازه ذره و سرعت حرکت براونی آن، به ضریب نفوذ ذره نیز وابسته است. تداخل پرتوهای پراکنده شده از ذرات مختلف، امواج تداخلی را به وجود می آورد که به وسیله آشکارساز ثبت می شود. از روی بررسی این امواج در دستگاه آنالیز DLS، ضریب نفوذ ذرات و در نتیجه اندازه ذرات محاسبه می شود.

یک دستگاه تست DLS متشکل از اجزای زیر است:

منبع نور

یکی از قسمت های مهم دستگاه، منبع نور لیزر است که وظیفه آن تولید نور مورد نیاز برای تابش بر نمونه آزمایش است. در این روش، از منابع لیزر متعددی می تواند استفاده شود. نوری که از منبع نور لیزر دستگاه تابیده می شود، قبل از رسیدن به نمونه، باید از قسمتی به نام تضعیف کننده (Attenuator) عبور کند.

تضعیف کننده

تضعیف کننده باید این قابلیت را داشته باشد که میزان شدت نور تابیده شده از منبع را با توجه به نوع نمونه مورد آزمایش تضعیف کند. تضعیف کننده های مدرن، می توانند میزان نور تابیده شده را بر حسب درصد تابش از 0.0003 درصد تا 100 درصد تابش تغییر دهند.

نقش تضعیف کننده زمانی مشخص می شود که شدت نور پراکنده شده از نمونه زیاد باشد. در این حالت انجام آزمایش ممکن نیست. مثلا نمونه هایی که غلظت بالایی دارند و یا نمونه هایی که میزان تفرق نور در آنها بالا است.

همچنین در مواقعی که میزان تفرق نور کمتر از حد نیاز باشد، تضعیف کننده می تواند با کاهش شدت نور تابیده شده به اندازه مناسب و بهینه کردن مقدار شدت نور متفرق شده از نمونه، شرایط را برای انجام تست DLS در وضعیت ایده آل فراهم کند.

کووت (Cuvette)

نور تابیده شده از منبع لیزر، پس از عبور از تضعیف کننده با نمونه مورد آزمایش که به حالت سوسپانسیون و یا امولسیون درون کووت تزریق شده است، برخورد می کند. کووت یا سل، یکی از اجزای دستگاه DLS است که نمونه درون آن ریخته می شود. یعشناساگر

بخشی از نوری که به نمونه آزمایشی می رسد و از آن عبور نمی کند، در اثر برخورد با ذرات نمونه آزمایش متفرق می شود. نور متفرق شده با زاویه 173 درجه توسط شناساگر که یکی دیگر از اجزای دستگاه است، دریافت می شود. وظیفه شناساگر اندازه گیری و ثبت شدت تفرق نور است. در واقع الگوی نقطه ای تست DLS با استفاده از شناساگر به دست می آید.

ارتباط سنج

سیگنالِ شدتِ تفرق که به شکل الگوی نقطه ای در شناساگر ثبت شده است، به ارتباط سنج ارسال می شود. ارتباط سنج هم با مقایسه شدت تفرق در محدوده های مختلف زمانی، نرخ اختلاف شدت را در زمان های مختلف محاسبه می کند.

رایانه

اطلاعات به دست آمده با استفاده از ارتباط سنج، به رایانه انتقال داده می شوند. رایانه با نرم افزار مخصوص، داده های ارسالی را آنالیز می کند. در آخر اطلاعات مورد نیاز به صورت توزیع اندازه ذرات نمایش داده می شوند.نی نمونه در این مکان قرار می گیرد. اکثر نوری که به کووت می رسد، بدون تغییر جهت به طور مستقیم عبور می کند.