Statische Laserlichtstreuung

Die statische Laserlichtstreuung ist auch bekannt unter den Bezeichnungen Laserbeugung, Laser-Diffraktometrie, Fraunhofer-Beugung oder Mie-Streuung.

Bei der Wechselwirkung von Laserlicht mit Partikeln werden durch Beugung, Brechung, Reflexion und Absorption für die Partikelgröße charakteristische Streulichtmuster erzeugt.

Wenn die Partikelgröße deutlich größer ist als die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts ist (für Partikelgrößen ab mehreren Mikrometer), entstehen dabei bevorzugt Streulichtmuster, die durch Beugung verursacht wurden. Die Informationen über die Partikelgröße ist dabei in den kleinen Beugungswinkeln enthalten. Dieses Phänomen wird durch die Fraunhofer-Theorie beschrieben und auch als Fraunhofer-Beugung bezeichnet. Laserbeugungsgeräte zur Partikelgrößenbestimmung nutzten zuerst dieses Modell, indem mittels Detektoren in Vorwärtsrichtung in kleinen Winkeln (<35°) Intensitätsverteilungen gemessen und daraus Partikelgrößenverteilungen berechnet wurden.

Wenn die Partikelgröße ähnlich oder kleiner als die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts ist, wird das Licht an den Partikeln zunehmend in großen Winkeln in Seitwärts- und Rückwärtsrichtung gestreut. Die Mie-Theorie beschreibt dieses Phänomen unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften (Brechung und Absorption) der Partikel. Je kleiner die Partikel, desto größer ist der Beitrag von Brechung und Adsorption am Streulichtmuster. Für die Messung solcher Partikelgrößenverteilungen sollte das von den Partikeln ausgehende Streumuster über den gesamten Winkelbereich detektiert werden.
Die Interpretation von Streulichtmustern mittels der Mie-Theorie ist für alle Partikelgrößenverteilungen zutreffend, die Fraunhofer-Beugung ist als Spezialfall darin enthalten. Sind alle Partikel der Probe größer als die Wellenlänge des eingestreuten Lichtes, steht der in der Mie-Theorie enthaltene Fraunhofer Anteil im Vordergrund für die Berechnung der Partikelgrößenverteilung. Die Berechnung nach Mie erlaubt also die Verwendung von nur einer Auswertemethode für das gesamte Größenspektrum.