مطيافية الموجات المنتشرة

مطيافية الموجات المنتشرة ( DWS ) هي تقنية بصرية مشتقة من تشتت الضوء الديناميكي (DLS)، تدرس ديناميكيات الضوء المتشتت في حالة التشتت المتعدد القوي. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وقد استُخدمت على نطاق واسع في الماضي لدراسة المعلقات الغروية ، والمستحلبات ، والرغوات ، والهلام، والأوساط البيولوجية، وغيرها من أشكال المواد اللينة . وبمعايرتها بدقة، تتيح مطيافية الموجات المنتشرة القياس الكمي للحركة المجهرية في المواد اللينة، والتي يمكن من خلالها استخلاص الخصائص الريولوجية للوسط المعقد باستخدام منهجية الريولوجيا المجهرية .

يُسلط ضوء الليزر على العينة، ويتم الكشف عن الضوء المنبعث أو المتناثر بواسطة مستشعر كهروضوئي. وتنتج شدة الضوء المُكتشفة عن تداخل جميع الموجات الضوئية القادمة من مسارات الضوء المختلفة.

• 
  الإعداد النموذجي لتحليل الطيف الموجي المنتشر

يتم تحليل الإشارة عن طريق حساب دالة الارتباط الذاتي للشدة المسماة g ₂ . ${\displaystyle g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{t}}{\langle I(t)\rangle _{t}^{2}}}}$

في حالة الجسيمات غير المتفاعلة المعلقة في سائل (معقد)، يمكن إقامة علاقة مباشرة بين g² _- 1 ومتوسط ​​مربع إزاحة الجسيمات <Δr² ^> . لنرمز إلى P(s) بدالة كثافة الاحتمال (PDF) لطول مسار الفوتون s. يمكن كتابة العلاقة على النحو التالي: ^{[ 3 ]}

${\displaystyle g_{2}(\tau )-1=[\int {dsP(s)\exp(-(s/l*)k_{0}^{2}\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle )}]^{2}}$

مع${\displaystyle k_{0}={\frac {2\pi n}{\lambda }}}$و${\displaystyle l*}$هو متوسط ​​المسار الحر لنقل الضوء المتناثر.

بالنسبة للخلايا ذات الأشكال الهندسية البسيطة، يُمكن حساب متوسط ​​مربع إزاحة الجسيمات <Δr² ^{> من قيم} _g²⁻¹ المقاسة تحليليًا. على سبيل المثال، في حالة هندسة التشتت العكسي، وهي خلية ذات سمك لانهائي، مع إضاءة بقعة ليزر كبيرة وكشف الفوتونات القادمة من مركز البقعة، تكون العلاقة بين g²⁻¹ _و <Δr² ^> كما يلي:

${\displaystyle g_{2}(\tau )-1=\exp \left(-2\gamma {\sqrt {\langle \Delta r^{2}(\tau )\rangle k_{0}^{2}}}\right)}$، قيمة γ تقارب 2.

بالنسبة للخلايا الأقل سمكًا وفي عملية النقل، تعتمد العلاقة أيضًا على l* (طول النقل). ^{[ 4 ]}

بالنسبة للخلايا شبه الشفافة، تستخدم طريقة متغيرة مستقلة عن الزاوية تسمى مطيافية التشتت المضخمة بالتجويف ^{[ 5 ]} كرة تكاملية لفحص العينات بشكل متساوي الخواص من جميع الاتجاهات، مما يؤدي إلى إطالة مسارات الفوتون عبر العينة في هذه العملية، مما يسمح بدراسة عينات التعكر المنخفض في إطار صيغة DWS.

تستخدم هذه التقنية إما كاميرا لرصد العديد من حبيبات التبقع (انظر نمط التبقع ) أو زجاجًا مصنفرًا لإنشاء عدد كبير من نماذج التبقع (Echo-DWS ^{[ 6 ]} ). في كلتا الحالتين، يتم الحصول على متوسط ​​لعدد كبير من قيم الشدة المستقلة إحصائيًا، مما يسمح بتقليل وقت جمع البيانات بشكل كبير.

• 
  الإعداد النموذجي لتقنية مطيافية الموجات المنتشرة متعددة البقع

${\displaystyle g_{2}(\tau )={\frac {\langle I(t)I(t+\tau )\rangle _{p}}{\langle I(t)\rangle _{p}^{2}}}}$

يُعدّ نظام MSDWS مناسبًا بشكل خاص لدراسة الديناميكيات البطيئة والأوساط غير الإرجودية. يسمح نظام Echo-DWS بدمج MSDWS بسلاسة في مخطط DWS التقليدي بدقة زمنية فائقة تصل إلى 12  نانوثانية. ^{[ 7 ]} كما تتيح معالجة الصور التكيفية القائمة على الكاميرا قياس ديناميكيات الجسيمات بشكل فوري، على سبيل المثال أثناء التجفيف. ^{[ 8 ]}

• نظرة عامة على مطيافية الموجات المنتشرة مع فيديو
• نظرة عامة على مطيافية الموجات المنتشرة مع رسوم متحركة (مؤرشفة بتاريخ 20 مايو 2014 على موقع Wayback Machine)
• قياس حجم الجسيمات باستخدام مطيافية الموجات المنتشرة ( مؤرشف بتاريخ 20 مايو 2014 في أرشيف الإنترنت)