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Pour les particules dont le diamètre n'est pas sensiblement supérieur à la longueur d'ondes de la lumière utilisée, on applique la théorie de Mie pour l'évaluation des mesures. Cette théorie mise au point au début du XXe siècle par Gustav Mie est la solution complète aux équations de Maxwell pour la diffraction des ondes électromagnétiques dans des particules sphériques.

Elle permet également d'évaluer pour de très petites particules les répartitions d'intensité caractéristiques qui ne sont pas limitées à des angles de diffraction inférieurs à 90 degrés, contrairement à la théorie de Fraunhofer (direction vers l'avant), mais qui se produisent aussi à des angles de diffraction supérieurs à 90 degrés (direction vers l'arrière). Pour pouvoir utiliser la répartition de l'intensité ainsi déterminée pour le calcul de la taille des particules, dans la théorie de Mie - à l'inverse de la théorie de Fraunhofer - il faut connaître l'indice de réfraction et l'indice d'absorption du matériau échantillon.

La limite intérieure de la gamme de tailles qui peut être détectée par la théorie de Mie se situe aux alentours de 10 nm. Pour des particules encore plus petites, l'intensité de la diffraction ne dépend plus de la direction ; autrement dit, on ne peut plus calculer la taille des particules à partir de la répartition angulaire de la lumière diffusée. On parle alors de la diffraction de Rayleigh (qui, soit dit en passant, est responsable de la couleur bleue du ciel).

Dans cette gamme de tailles, c'est la diffraction dynamique de la lumière qui entre en ligne de compte.