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3.5. ANWENDUNG DER MIESTREUUNG: DER SINGLE PARTICLE COUNTER 59
Daher ist es für viele Fragestellungen von grundlegendem Intersse, Aussagen über den Kolloidgehalt
einen Wassers treffen zu können. Lichtstreuung bietet hier die Möglichkeit, präparationsfrei
und ohne Eingriff ins System zerstörungsfrei messen zu können. Wir hatten gesehen,
daß unter kleinem Streuwinkel (Vorwärtsstreuung) die Streuamplitude monoton mit
der Partikelgröße d wächst (Abbildung 3.8). Bei d > λ ist Weißlicht günstig, da es weniger
Oszillationen zeigt. Will man dagegen für kleine Teilchen die größere Lichtausbeute unter
kleinen Winkeln nutzen, bietet sich Laserlicht an (in Luft können Partikel bis 50 nm Durchmesser
nachgewiesen werden). Im Wasser sind die Rayleigh Faktoren kleiner und somit das
theoretisch erzielbare Limit niedriger. Durch das monotone Verhalten der Streuintensität mit
der Partikelgröße (Abbildungen 3.7 und 3.8) kann aus einer Streuamplitude auf den Durchmesser
des Streuzentrums rückgeschlossen werden. Allerdings darf sich dann nur genau ein
Partikel im Laserstrahl befinden, wofür kleine Fokusvolumina oder sehr hohe Verdünnungen
nötig sind. In einem Volumen V befinden sich, bei einer Anzahldichte ρM, ¯n = ρMV Teilchen.
Nach Poisson ist somit die Wahrscheinlichkeit, x Teilchen im Volumen V zu finden
p(x) = ¯nx
x! e−¯n
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Maximale Teilchendichte: (bitte mitschreiben!)
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(3.24)
Die Verteilung der Kolloidgrößen für verschiedene natürliche Wässer zeigt Abbildung 3.14.
Die differentielle Partikelzahldichte dcoll/d∅ Anzahl Partikel pro Liter pro Nanometer Durchmesser)
ist aufgetragen gegen den Durchmesser in doppelt-logarithmischer Darstellung. Man
erkennt einen (logarithmisch-) linearen Zusammenhang der einem Potenzgesetz entspricht:
dcoll/d∅ ∝ d −β
β = 3..5 (3.25)
bekannt unter dem Namen Pareto Größenverteilung. Zur Gewinnung dieser Daten wurde ein
Single Particle Counter (SPC) eingesetzt. Durch entsprechende Verdünnung muß erreicht
werden, daß sich sowohl bei den hohen Konzentrationen kleiner Kolloide als auch bei den
niedrigeren Konzentrationen großer Partikel immer nur ein Teilchen im Lasrstrahl befindet.
Dann ist ein gleichzeitiger Nachweis von kleinen Partikeln bei der Präsenz von großen Teilchen
möglich. Die Nachweisgrenze liegt bei einigen hundert Teilchen pro ml Wasser. Beschränkt