真理光學(xué)團隊再下一城 ── 成功研發(fā)CF-PALS余弦擬合位相分析法
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Zeta電位是液固分散體系中固體顆粒表面與液體的相互作用所引起的類似于帶電顆粒的電勢。電泳光散射法(ELS）是當(dāng)前最流行的測量Zeta電位的方法。其原理是（見右圖）：在分散體系中插入兩根兩電極，當(dāng)兩電極之間有電壓差時，就會在分散體系中形成電場，帶電顆粒將向與其極性相反的電極方向移動（電遷移）。
電泳光散射原理示意圖
激光束從右到左照射到顆粒上，移動顆粒所散射的光的頻率會發(fā)生變化，稱為“多普勒頻移”。再引進(jìn)一束來自同一光源的參考光，讓散射光與參考光疊加，那么散射光的頻移就會表現(xiàn)為疊加光束的強度隨時間的周期性變化，即所謂的“差拍效應(yīng)”。提取出差拍的頻率，就可計算出電遷移速度及Zeta電位。當(dāng)前基于ELS原理測量Zeta電位的各種方法，都是圍繞如何提取電遷移數(shù)據(jù)展開的。
頻譜分析法(FFT)
首先對疊加光強進(jìn)行自相關(guān)運算，以消除顆粒布朗運動的隨機干擾，再對自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換(FFT)，得到功率譜函數(shù)，從而得到頻移信息。這種方法要求在一個測量周期內(nèi)，顆粒電遷移量要達(dá)到數(shù)個位相變化周期（參考附圖，以為一個相位周期），因此不適宜測量較小的電遷移。
位相分析法(Phase analytical light scattering，PALS)
直接分析顆粒電遷移造成的散射光的相位變化，理論上可以測量任意小的電遷移。傳統(tǒng)的PALS方法于1990年由J.F.Miller提出。該方法結(jié)合鎖相放大技術(shù)和其獨創(chuàng)的AWPD（振幅加權(quán)位相差）算法，從疊加光強信號中提取位相差與平均散射光強的乘積。在實際應(yīng)用中，平均散射光強往往難以穩(wěn)定，導(dǎo)致Zeta電位的重復(fù)性誤差只能達(dá)到±10mV左右。
余弦擬合位相分析法（CF-PALS）原理示意圖
余弦擬合位相分析法(CF-PALS)
本方法由創(chuàng)新提出,其要點是：從疊加光強的自相關(guān)函數(shù)（隨機位相波動已自動消除）出發(fā)，通過算法提取其中的余弦變化因子，再用余弦函數(shù)模型，擬合出余弦頻率。與傳統(tǒng)的PALS方法一樣，理論上顆粒只要有遷移，不論遷移量多少，都會產(chǎn)生頻移或者位相差，都可被測量出來，但又避免了其他參數(shù)（如光強）的影響，使測量重復(fù)性顯著改善（優(yōu)于±2mV）。
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