专利名称：以经改良单光散射模式检测复杂流体的基于动态光散射的微流变性的制作方法
技术领域：
本发明涉及取得复杂流体，如胶态和生物复杂流体，的粘弹性参数的方法和设备。
背景技术：
粘弹性是指在材料中同时存有的粘性和弹性特性。许多复杂和结构性流体呈现粘弹性特征，即其同时具有像弹性固体般储存能量、以及如粘性液体般耗散能量的能力。当在这样的粘弹性流体上施加应力时，其会储存部分所输入的能量，而非以热力耗散所有所输入的能量，且其可在应力被去除时恢复其部分的变形。弹性模量或G'代表弹性能的储存，而损耗模量G"则代表该能量的粘性耗散。大部分复杂流体的G'和G"的量值取决于探测该特性时的时标或频率。根据复杂流体中存有的应力松弛机制，其可在不同的频率呈现出不同的行为(G' >G"或G" >G'或G'= G"中任一)。具有在广阔的频率范围中探测粘弹性反应的能力，因而对复杂流体中的应力松弛机制提供深入了解，而由于这与复杂流体的基本结构有关联，因此可对基本结构取得深入了解。现时，高端旋转流变仪被用于测量这些粘弹性特性，但测量时间可以相当长，视乎探测的频率而定。而且，在可载入下一样品前清洁流变仪载台和准备测试可花费相当长的时间，使高通量测量变得相当有挑战性。旋转流变仪的其他缺点包括其所提供使用的频率范围非常有限，且其需要大的样品量，通常多于1ml。基于光学的微流变(Optical-based Microrheological)技术亦被用于测量复杂流体的粘弹性特性。这涉及将试探粒子藏入到目标粘弹性流体(聚合物溶液、表面活性剂溶液等等)中，然后跟踪试探粒子的热运动。悬浮在复杂流体中的胶态球体的热驱动随机运动与悬浮在纯粘性流体(如简单牛顿流体)中的类似球体的扩散布朗运动非常不同。当试探粒子悬浮在呈现弹性的复杂流体中时，其会呈现次扩散运动，或若弹性变得非常大，则试探粒子可能会变得被束缚在局部。随着微结构慢慢松弛，其容许该些粒子逃离这个弹性 “笼”。从动态光散射(DLQ实验中，可取得电场自相关函数，从中可取得试探粒子的平均平方位移< Δ r2 (t) >，而从中可取得以时间为函数的这试探粒子运动
权利要求
1.一种流体特征测量仪，包含样品容器，用于大量复杂样品流体，其容量大幅地大于该复杂样品流体的相区尺寸、并大到足以使得该复杂流体样品的整体散射效应大幅地超越表面效应， 相干光源，被定位以照亮在该样品容器中的大量复杂样品流体， 第一纤维，具有第一端，被定位以在其与该样品相互作用后从该样品接收后向散射光， 其中该第一纤维被定位成与该相干光源的光轴和该样品容器近得足以大幅地降低多光散射光在该后向散射光中的影响，第一光子计数检测器，被定位以接收来自该纤维第二端的后向散射光， 相关逻辑，对该第一光子计数检测器作出反应，以及单光散射流体特性分析逻辑，对该相关逻辑作出反应并运作以求导出该样品流体的至少一种流体特性。
2.如权利要求1所述的仪器，其中该仪器被构建并适于容许该光子检测器在介乎 173°至13. 5°的不同角度范围中检测到散射光。
3.如权利要求1所述的仪器，其中该仪器被构建并适于使该第一光子计数检测器进一步对前向散射光作出反应。
4.如权利要求1所述的仪器，其中散射容积的中心可被选择性地大体上定位在该样品流体的表面。
5.一种流体特征测量仪，包含 用于样品流体的样品容器，相干光源，被定位以照亮在该样品容器中的样品流体，分离器，具有对由该样品散射出来的光作出反应的输入端，并具有第一和第二输出端， 第一光子计数检测器，被定位以接收来自该分离器第一输出端的第一部分散射光， 第二光子计数检测器，被定位以接收来自该分离器第二输出端的第二部分散射光， 交互相关逻辑，对该第一光子计数检测器和该第二光子计数检测器作出反应，以及单光散射流体特性分析逻辑，对该相关逻辑作出反应并运作以求导出该样品流体的至少一种流体特性。
6.一种流体特征测量仪，包含样品容器，用于大量复杂样品流体，其容量大幅地大于该复杂样品流体的相区尺寸、并大到足以使得整体散射效应大幅地超越表面效应，而其中该样品容器具有约1. 5mm或以下的光程长度，相干光源，被定位以通过该光程长度照亮在该样品容器中的样品流体， 第一光子计数检测器，被定位以接收由该样品散射出来的光， 相关逻辑，对该第一光子计数检测器作出反应，以及单光散射流体特性分析逻辑，对该相关逻辑作出反应并运作以求导出该样品流体的至少一种流体特性。
7.如权利要求8所述的仪器，其中该样品容器为毛细管。
8.一种微流变测量方法，包括以下步骤以相干光源照亮复杂流体样品，其中该复杂流体样品的容积大幅地大于该复杂样品流体的相区尺寸、并大到足以使得该复杂流体样品的整体散射效应大幅地超越表面效应，从与该相干光源的光轴和该样品近得足以令从该相干光源散射出来的光所产生的多光散射光在该后向散射光中的影响大幅地降低的位置，检测来自该样品的后向散射光子， 对该些检测到的后向散射光子的检测信号代表进行相关运算，以及从基于单光散射分析的相关运算的结果，求导出该样品流体的至少一种流体特性。
9.如权利要求8所述的方法，其中该相关运算为自相关运算。
10.如权利要求8所述的方法，其中散射光在介乎173°至13.5°的不同角度范围中被检测，并且其中相关运算和求导的步骤是对在某角度范围中检测到的光进行的。
11.如权利要求8所述的方法，其中检测的步骤是以后向散射模式和前向传导模式两者来进行的，以取得扩展的频率反应区域。
12.如权利要求8所述的方法，其中检测的步骤是使用介乎30nm至Ium范围的不同的探测尺寸来进行的，透过调整所需试探粒子量来扩展所取得的频率和/或将多光散射减至最低。
13.如权利要求8所述的方法，其中检测的步骤是使用一系列不同的探测化学作用来进行的，以将与该目标复杂流体的相互作用减至最低。
14.一种粘弹性测量方法，包括以下步骤 以相干光照亮样品流体，将从该样品接收到的散射光分离成第一和第二部分， 检测来自该散射光的第一部分的光子，检测来自该散射光的第二部分的光子，进行在该第一部分中后向散射光子的第一检测信号代表和在该第二部分中后向散射光子的第二检测信号代表之间的交互相关运算，以及从基于单光散射分析的相关运算的结果，求导出该样品流体的至少一种流体特性。
15.一种粘弹性测量方法，包括以下步骤以相干光通过约1. 5mm或以下的光程长度照亮复杂流体样品，其中该复杂流体样品的容积大幅地大于该复杂样品流体的相区尺寸、并大到足以使该复杂流体样品的整体散射效应大幅地超越表面效应，检测由该样品散射出来的光的光子，对该些散射光子的检测信号代表进行交互相关运算，以及从基于单光散射分析的相关运算的结果，求导出该样品流体的至少一种流体特性。
全文摘要
流体特征测量仪，包含样品容器(14)，用于大量复杂样品流体，其容积大幅地大于该复杂样品流体的相区尺寸、并大到足以使得复杂流体样品的整体散射效应大幅地超越表面效应，相干光源(12)，被定位以照亮在该样品容器中的大量复杂样品流体，以及第一纤维(16)，具有第一端，被定位以在其与样品相互作用后从样品接收后向散射光。该第一纤维被定位成与相干光源的光轴和样品容器近得足以大幅地降低多光散射光在后向散射光中的影响。该仪器进一步包含第一光子计数检测器(20)，被定位以接收来自纤维第二端的后向散射光，相关逻辑(22)，对第一光子计数检测器作出反应，以及单光散射流体特性分析逻辑，对相关逻辑作出反应并运作以求导出该样品流体的至少一种流体特性。
文档编号G01N21/47GK102575984SQ201080036806
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者萨缪尔·艾明, 阿尔贝托·卡洛斯·雷加 申请人:马尔文仪器有限公司