光學粒子計數(shù)器是利用丁達爾現(xiàn)象(Tyndall Effect)來檢測粒子。丁達爾效應是用John Tyndall的名字命名的[1],通常是膠體中的粒子對光線的散射作用引起的。一束明亮的光照在空氣或霧中的灰塵上,所產(chǎn)生的散射就是丁達爾現(xiàn)象。
ZyJ-}[z 當折射率變化時,光線就會發(fā)生散射。這就意味著在液體中,汽泡對光線的散射作用和固體粒子是一樣的。米氏理論(Mie Theory)描述了粒子對光的散射作用。
E"/r*C+T Lorenz-Mie-Debye理論最早由Gustav Mie提出[2、3],它描述了光是如何朝各個不同方向散射的。具體的散射情況決定于介質(zhì)的折射率、粒子對光的散射作用、粒子的尺寸和光的波長。具體介紹米氏理論的細節(jié)超出了本文的范圍;但是,有很多公共領(lǐng)域的應用都可以用來驗證光是如何散射的[4]。
}ldOxJSB? 光的散射情況會隨著粒子尺寸的變化而變化。在粒子計數(shù)器中,米氏理論最重要的結(jié)果以及它對光散射的預測都與之相關(guān)。當粒子尺寸比光的波長要小得多的時候,光散射主要是朝著正前方(圖1a)。而當粒子尺寸比光波長要大得多的時候,光散射則主要朝直角和后方方向散射(圖1b)。
]"wl*$N VfV|fuW U8>M`e"D 圖1光的散射與粒子尺寸的關(guān)系
1ZrJ7a7= ><HHO
(74X 圖2 垂直平面的散射作用
WDF;`o*3 光可以看做是沿著傳播方向進行垂直振蕩的波。這一振蕩方向就是所謂的偏振。入射光的偏振非常重要。在以前的例子里,光的散射是在入射光的偏振平面內(nèi)進行測量的。
~;QzV?% 粒子尺寸在5μm時的散射情況類似(圖2a);而具有偏振現(xiàn)象,粒子尺寸在0.3μm(圖2b)時的散射情況有很大不同。由于用對數(shù)表示,變化不到十倍的,都看不到了。
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