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动态光散射技术(dynamic light scattering,DLS)是一种分析颗粒粒径的有效技术,它在近几十年内用于多种基础和应用科学,包括化学,生物及医学等领域,并得到广泛认可。目前最常用的分析方法是光子相关光谱法,因此动态光散射又称光子相关谱。 动态光散射信号的数值模拟对于深入研究其噪声特性、相应仪器的性能提升以及不同形状颗粒的动态光散射特性等研究都有重要的意义。然而,由于动态光散射实验中仪器存在各种不可避免的噪声,为了获取一致性较好、无噪声的纯净DLS信号,有大量学者基于不同的模型和方法模拟出了较为理想的动态光散射信号,它们具有信号统计稳定性好、线型较为理想等优点,但这些方法不是基于动态光散射的物理本质出发,其生成的信号很难包含和反映运动颗粒的本质信息,因此这些方法产生的模拟信号的真实性不强,对信号模拟的后期处理和实验的改进探索也是值得商榷的。 本论文提出了一种新的动态光散射光信号模拟的数值算法,并基于这种模拟方法,研究了动态光散射信号的特性。其中主要工作包含如下几点: 1.基于溶液中悬浮颗粒的三维布朗运动的动力学模拟,以及颗粒散射光之间的相干叠加,我们提出了一种DLS散射光强数值模拟方法,同时计算了多分散体系中总散射光强及归一化自相关函数(NACF)的数值表达式。 2.通过本算法模拟以及实验方法获得了若干不同粒径的单分散体系和多分散体系散射光强信号,还模拟了复杂分散体系的光强信号。对模拟信号进行的自相关运算结果表明,模拟信号的NACF曲线与实验结果及理论曲线符合较好。 3.通过本模拟系统,我们发现散射区大小和颗粒体系的粒子个数会影响NACF中的实验相干因子f(A),布朗运动步数会影NACF基线的位置高度,测量重复次数会影响NACF曲线波动的质量。 4.此外,基于本文的动态光散射信号模拟算法,分别对从模拟和实验两个方面对散射光信号特性进行了研究,目的是通过研究不同采样时间和测量通道分配方案对不同粒径范围的颗粒反演精度和分散度的影响,从而对较宽粒径范围内的颗粒测量精度和速度的提升提供了参考价值和基础。研究结果表明,相同的布朗步数时长对不同粒径大小颗粒的模拟精度不同;在同种粒径大小颗粒的模拟中,布朗步数时长并不是越小越好,而是某一布朗步数时长区间内才拥有较优的模拟精度,这些时间区间又随着粒径大小的不同而各异。 本模拟方法提供了一种可靠、方便的低成本DLS信号源,对深入理解多分散体系散射光信号特性及反演算法的改进具有重要的参考价值,还可为实验系统的优化,例如相关器通道分配方案的优化、测量速度的提高及测量精度的改善等方面提供数据基础。