Untersuchung von Partikel-Wand-Wechselwirkungen mit evaneszenter Lichtstreuung

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2002
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Helden, Laurent
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Studies on particle-wall-interactions using evanescent light scattering
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Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurden verschiedenartige Wechselwirkungen eines kolloidalen Partikels mit einer Oberfläche untersucht. Die dazu verwendete Messmethode der 'total internal reflection microscopy' (TIRM) erlaubt es, die Wechselwirkungspotentiale zwischen einem sphärischen kolloidalen Partikel und einer ebenen Oberfläche mit einer Kraftauflösung im Bereich von 10fN zu bestimmen. Neben einer präzisen Messung von Doppellagenkräften, ist die Untersuchung von Verarmungskräften (depletion forces) das zentrale Thema dieser Arbeit. In dieser Arbeit wurden solche entropischen Kräfte, die von stäbchenförmigen und sphärischen kleinen Partikeln auf das Sondenpartikel ausgeübt wurden untersucht. In den Verarmungspotentialen für beide Partikelsorten könnten sowohl attraktive als auch repulsive Potentialbereiche nachgewiesen werden. Letztere resultieren aus Korrelationseffekten der kleinen Partikel untereinander. Für die stäbchenförmigen Partikel gelang es, ein rein entropisches Modellsystem zu präparieren. Die Messungen an diesem System zeigten ausgezeichnete quantitative Übereinstimmung mit der theoretisch vorhersagen Potentialform und konnten diese so erstmals experimentell verifizieren. Als Verbesserung der Messmethode wurde eine synchronisierte Zwei-Wellenlängen-Technik entwickelt, mit der es möglich ist, die Qualität des Sondenpartikels unmittelbar während der Messung zu überprüfen. Der erweiterten Versuchsaufbau erlaubte es erstmals fluoreszente TIRM -Sondenpartikel zu testen. Durch Detektion ihres des Fluoreszenzlichtes konnte ihr Streulicht vom Streuhintergrund entkoppelt werden. Letzterer ist z.B. auf mit Gold beschichteten Substraten ein bekanntes Problem. Mit der Fluoreszenztechnik konnten so erste systematische Messungen auf goldbeschichteten Substraten durchgeführt werden.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

In this thesis various colloidal forces between a spherical probe particle and a flat surface are studied using total internal reflection microscopy (TIRM). This single particle evanescent light scattering technique allows to measure weak colloidal interactions with a force resolution in the 10 fN range by analysis of the probe particles Brownian motion. Besides a detailed study of double-layer interactions this thesis is focussed on the study of depletion interactions induced by spherical and rod-like particles. We were able to directly measure the potentials of depletion interactions showing attractive and even repulsive regions. The latter indicate correlation effects between the particles. Repulsive forces were observed for both spherical and rod-like depletion agents. They were more pronounced at higher concentrations of depletion agent while a reduction of the Debye screening length by adding salt suppressed the correlation effects as expected. For the rod-like particles it was possible to prepare a model hard-core-system. Thus for the first time depletion interactions of entirely entropic origin could be studied. Concentration dependent measurements are in excellent quantitative agreement with theoretical predictions. On the technical side the TIRM-method was improved by the introduction of synchronized two-wavelength detection. It enables an in situ characterization of the quality of the probe particle. Using the improved setup it was furthermore possible to verify the suitability of fluorescent particles as probes for TIRM. By detection of the fluorescent light the scattered light from the probe particle could be decoupled from the background scattering which is a known problem for example on gold coated substrates. Applying this new fluorescent TIRM-method it was possible to perform the first systematic measurements on gold coated substrates.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik
Schlagwörter
weiche kondensierte Materie, TIRM, Verarmungskräfte, evaneszente Lichtstreuung, soft condensed matter, depletion forces, evanescent light scattering, colloids
Konferenz
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Zitieren
ISO 690HELDEN, Laurent, 2002. Untersuchung von Partikel-Wand-Wechselwirkungen mit evaneszenter Lichtstreuung [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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May 5, 2003
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