Lichtstreuung

Ansprechpartner:
Dr. Bernd Steinhoff

Streulichtmessungen stellen einen Zugang zu Morphologien bzw. Partikelgrößen im submikroskopischen bis mikroskopischen Bereich von ca. 5 nm bis mehrere Mikrometer dar. Solche Domänengrößen findet man bei den verschiedensten Dispersionen und Emulsionen.

Für das Streuexperiment wird die sich in einer zylindrischen Küvette befindende Probe mit einem Laser durchstrahlt. Die Küvette wird im Drehzentrum eines Goniometersystems positioniert, um die Streustrahlung als Funktion des Streuwinkels von ca. 15° bis 155° detektieren zu können.

Unterschieden wird zwischen statischer und dynamischer Lichtstreuung. Bei der statischen Lichtstreuung wird lediglich die mittlere Streuintensität als Funktion des Streuwinkels gemessen. Damit erhält man den so genannten statischen Strukturfaktor. Bei der dynamischen Lichtstreuung wird die Streuintensität zeitlich hochaufgelöst detektiert und das Signal autokorreliert, um die auf der Brownschen Molekularbewegung beruhenden Intensitätsfluktuationen im Streulichtsignal zu erfassen. Aus der Autokorrelationsfunktion lässt sich der Diffusionskoeffizient ermitteln und dieser in den hydrodynamischen Radius der suspendierten Partikel umrechnen.

Anwendungen (keine Standarddienstleistungen):

Statische Lichtstreuung:

• Messung von Form- bzw. Strukturfaktor
  • Molmassenbestimmung von Polymeren
  • Ermittlung des Gyrationsradius'
  • Messung des 2. Virialkoeffizienten
  • (Zur Zeit nicht im Angebot)

Dynamische Lichtstreuung:

• "Particle Sizing" bei Dispersionen und Emulsionen: Latex-Suspensionen (z.B. Experimente zur Emulsionspolymerisationen), Pharmazeutische Wirkstoffdispersionen bzw. Emulsionen
• Ermittlung von Diffusionskoeffizienten

Bei der Lichtstreuanlage handelt es sich um ein kommerzielles Goniometersystem der Firma ALV GmbH (Langen, Hessen). Diese wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für "Experimentelle Physik kondensierter Materie" (Prof. Dr. Bernd Stühn) der TU-Darmstadt betrieben.

Die Kleinwinkel-Lichtstreuung ist eine Variante der statischen Lichtstreuung. Für Streuwinkel von ca. 3° bis 15° wird der gesamte aus der Probe austretende Streulichtkegel zweidimensional detektiert. Das sich ergebende Streumuster kann neben der Domänengröße auch auf Orientierungseffekte bzw. die Domänenform ausgewertet werden. Dies ist beispielsweise für Untersuchungen von Verstreckungen bei kristallinen Kunststoffen von Interesse oder für die Untersuchung von Schmelzemorphologien bei der Extrusion von Polymerblends durch Schlitzdüsen. Derartige Fragestellungen werden außerhalb von Standard-Dienstleistungen mit Eigenbau-Messaufbauten bearbeitet.