激光光散射

激光光散射仪学习笔记主要内容◇1.光散射发展简史◇2.激光光散射仪基本原理◇3.激光光散射仪器构造◇4.激光光散射仪在研究中的应用光散射发展简史☆什么是光的散射？一束光通过介质时，在入射光以外的各个方向可以观察到光强的现象。1.1869年，英国科学家丁达尔发现了丁达尔现象。当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫丁达尔现象，也叫丁达尔效应。2.瑞利散射（Rayleighscattering）由英国物理学家瑞利的名字命名,它是瑞利在1871年发现的。它是半径比光的波长小很多的微粒对入射光的散射。瑞利散射光的強度和入射光波长λ的4次方成反比⑴3.1944年德拜利用光散射得到了高分子的重均分子量⑵4.1948年Zimm作图法5.1960年后,静、动态光散射都得到了飞速发展激光光散射仪基本原理静态光散射（staticlightscattering，SLS）动态光散射（dynamiclightscattering，DLS）激光光散射（Laserlightscattering）1.静态光散射①如果将溶液中的聚合物分子看作一个个各向同性的粒子，以一定频率的入射光照射这些粒子，它们不吸收入射光能量，而仅作为二次波源向各个方向发射与入射光频率相同的球面散射光，这种没有频率位移（即无能量变化）的散射称为弹性光散射(elasticlightscatttering),也常称为经典光散射(classicallightscattering)，静态光散射(staticlightscattering)。②瑞利散射因子：在静态光散射情况下，通常用瑞利散射因子来表征一个体系的散射能力和角度依赖性。02IIrR(θ)I为散射光强；r为散射半径，即散射点到检测点的距离；0I为入射光强度。③光学常数：dn是微分折光指数增量，0n为溶剂的折光指数,λ为入射光波长⑶⑷④当聚合物粒径小于λ/20时，聚合物稀溶液中某一角度的散射光强可以用以下公式表示232321)(cAcAMRKcwK是光学常数c是浓度，WM是重均分子量，2A3A分别是第二、第三维里系数。从公式中可以看出小分子的散射只与重均分子量和样品溶液浓度有关，与散射角无关，即没有角度依赖性，且与分子半径无关。⑸⑤当高分子链的尺寸大于λ/20时,会引起散射光的内干涉效应，即同一高分子的两个散射中心所发出的散射光之间有光程差，从而使两个波之间产生不可忽略的相位差，这样的波的叠加波幅比起没有相位差时的叠加波幅要小因而使总的散射光强减弱，其减弱程度随着光程差的增加而增加。cARqMRKcgW2222]311[1)(⑹K是光学常数c是浓度，q是散射矢量，)2sin(40nqwM2A是重均分子量，是第二维里系数。①如果散射粒子以一定的速度在运动，则散射光会发生多普勒频率位移，频率位移的多少与散射粒子的运动速度有关，一般频移范围在1~Hz。这种频率位移是很小的，因此将其称为准弹性光散射(quasi-elasticlightscattering)或动态光散射(dynamiclightscattering)，有时也被称为光子相关光谱（photoncorrelationspectroscopy）。2.动态光散射610⑺入射光频率为,Γ是线宽。监测到符合Lorentz分布的展宽信号（布朗运动引起的）。动态光散射监测散射光强随时间变化的涨落。0②散射光的频率增宽是以入射光频率为中心的Lorentz分布：000+Γ-Γ③函数的变化：)1)(1(2202qRfckDqgDTkBh6RhR是流体力学半径，其中是玻尔兹曼常数,T是绝对温度,η是介质Bk（常为溶剂）的粘度,D为平动扩散系数。⑻⑼)(hRfhR激光光散射仪仪器构造◇激光光源：（单色，相干）功率5-1000mw激发波长632.8nm25mw◇散射架:样品要放到散射池（匹配池）,通常用甲苯做标准溶液◇检测器:光电倍增管，前置放大器，甄别器，放大器，圆孔，狭缝，透镜（探索实验过程中要注意强度衰减，以免损坏检测器，样品的相变化可能引起光强突然增大）◇数字相关器：激光光散射仪应用1.SLS的应用（得到）2gRwM2AZimm图)(RKckc2sin2并不是所有Zimm图都很规则θ15°~150°3610~10g/mLC(散射强度波动要小于5%)2.DLS的应用①流体力学半径分布②研究共混体系③研究高分子降解动力学④研究大分子的伸展与蜷缩⑤D-关系得到标度指数⑥研究该分子在溶液中的构象hgRRwM3.实验注意事项•样品的除尘•强度衰减•分子量尽量要高•溶液无颜色，不发光•带正负电荷的溶液不易测试Thankyou!