Кросс-корреляция (метод двух детекторов).

Как следует из изложенного в предыдущем параграфе, наблюдение за флуктуациями числа частиц методом ДРС, возможно только в том случае, если когерентная часть рассеяния существенно уменьшена или устранена совсем. Такое устранение может быть достигнуто разными способами. Во-первых, можно перейти от рассеяния к флуоресценции, которая по своей природе является некогерентным явлением. Другой способ устранения пространственной когерентности основан на использовании двух детекторов и последующего построения кросс-корреляционной функции.

Рис. 32.2. (a) Кросс-корреляционные функции, измеренные для вируса табачной мозаики. Подобранное корреляционное время равно 240 мксек и не зависит от угла рассеяния. Корреляционные функции, измеренные при 90^◦ и 60^◦, сдвинуты для наглядности вдоль ординаты на 0.25 и 0.5 единиц, соответственно. (б) Кросс-корреляционная функция рассеяния для плазмидных ДНК E. coli. Подобранные времена корреляции равны 400, 120, и 80 мксек при углах рассеяния 60^◦, 90^◦, и 120^◦, соответственно. Корреляционная функция для углов 90^◦ и 60^◦ сдвинута для наглядности вдоль ординаты на 0.25 и 0.5 единиц, соответственно (Kam and Rigler, 1982).

На рисунке 32.2(a) показана кросс-корреляционная функция, обусловленная вращательным движением вируса табачной мозаики вокруг его короткой оси симметрии при различных углах рассеяния. Видно, что кросс-коррреляционная функция не зависит от угла рассеяния. В отличие от корреляции, обусловленной релаксацией вращательной диффузии жестких молекул, измеренная кросс-корреляционная функция для плазмидной ДНК E. coli , обусловленная внутренними степенями свободы, зависит от вектора рассеяния (рис. 32.2(б)).

Рассеяние одной частицей

Основное явление, которое наблюдается при динамическом рассеянии света на растворах частиц, связано с диффузионным уширением. Это даёт возможность определять коэффициенты поступательной диффузии частиц с высокой точностью, но не позволяет судить о динамических процессах в исследуемой частице. Как следует из формулы 32.3 вклад трансляционной диффузии уменьшается с уменьшением числа частиц в рассеивающей системе. Этот вклад устраняется полностью, если мы переходим к рассеянию одной частицей. В этом случае спектр рассеянного света содержит информацию только о внутренних процессах, проявляющихся в изменении форм-фактора или внутренней динамики частицы. Обычно, форм-фактор частицы, с размерами равными или меньшими длины волны света, слабо флуктуирует относительно своего среднего значения, поэтому отношение сигнал-фон в таких экспериментах невелико. Однако, для частицы микронных размеров, такие исследования становятся возможными с помощью метода, получившего название метода локализованного динамического рассеяния света. Его основной идеей является выполнение ДРС – эксперимента на одной частице в сильно неоднородном световом поле, рассеивающий свет от которой собирается с помощью с микроскопа. Неоднородность светового поля приводит к появлению специфической зависимости интенсивности рассеяния от угла рассеяния, которая регистрируется датчиком (тонкое стекловолокно), через который свет попадает на фотодетектор для последующего вычисления корреляционной функции интенсивности. Такие эксперименты позволяют вычислить спектр динамики объекта, флуктуирующего в широком интервале времен вплоть до наносекунд.