表面等离子共振技术-1

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表面等离子体共振的原理

表面等离子体共振的原理一、表面等离子体的原理表面等离子体（Surface Plasmon）是紫外线照射在金属表面上产生的一种特殊的电磁波，也叫做表面等离子体共振，即表面等离子体和表面电场(SPE)的共振结果。

它是由金属表面的电子以及周围介质中的电子，以特殊频率的共振而产生的。

表面等离子体的共振机制具体是这样的：当紫外线照射到金属表面上时，金属表面电子会被激发，而介质中的电子也会受到牵引，把紫外线的能量吸收，并产生表面等离子体波。

此时，介质中的电子和金属表面上的电子会以特定的频率产生共振，从而产生表面等离子体共振效应。

表面等离子体的共振频率受紫外线频率、金属表面尺寸以及介质介电常数等多种因素的影响。

通常情况下，金属表面尺寸比较小，介质介电常数比较大，表面等离子体的频率会比紫外线频率高得多。

当紫外线频率等于表面等离子体的共振频率时，就会发生表面等离子体共振效应。

此时，金属表面就会发出一种微弱的金色闪光。

当金属表面尺寸改变或介质介电常数改变时，共振频率也会随之改变，从而产生不同的表面等离子体共振效应。

当电场发生变化时，表面等离子体和表面电场的共振频率也会有所变化，从而改变表面等离子体共振所产生的电磁波形状。

表面等离子体共振是一个非常重要的物理现象，它可以用来检测物质的存在，传感或测量物质的特性。

它也可以用来提高紫外线的分辨率，从而提高紫外光谱的精确度。

表面等离子体共振也在生物学和化学等多个领域中被广泛应用，例如用于研究病毒和细胞表面的表面等离子体共振成像（SPR Imaging）技术，以及用于病原体和抗原检测的表面等离子体共振耦合分析（SPR-MSD）技术。

总之，表面等离子体共振是一种具有重要意义的现象，它的许多应用对我们的研究和生活都有着重大的意义。

表面等离子共振技术介绍

表面等离子共振技术介绍
SPR仪的结构及工作原理
朱倩 90513126
表面等离子共振技术介绍
Biacore 3000
Biacore Control
工作仪器
表面等离子共振技术介绍
Biacore 3000工作仪器
核心部件：传感器芯片液体处理系统光学系统
其他： LED状态指示器温度控制系统
表面等离子共振技术介绍
发展简史
1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象 1941年，Fano解释了SPR现象 1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础 1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定 1987年，Knoll等人开始SPR成像研究 1990年，Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器
2.等离子波
等离子体等离子体通常是指由密度相当高的自由正、负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目几乎相等。
金属表面等离子波把金属的价电子看成是均匀正电荷背景下运动的电子气体，这实际上也是一种等离子体。由于电磁振荡形成了等离子波。
表面等离子共振技术介绍
3.SPR光学原理
表面等离子共振技术介绍
表面等离子共振原理
1. 消逝波 2. 等离子波 3. SPR的光学原理
表面等离子共振技术介绍
1.消逝波
菲涅尔定理： n1 sinθ1 = n2 sinθ2
当光从光密介质密入射到光疏介质时（n1>n2）就会有全反射现象疏的产生。
密
疏
表面等离子共振技术介绍
1.消逝波
密
界面疏这表示沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波，这就是消逝波。全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长的一个深度，再沿界面流动约半个波长再返回光密介质。光的总能量没有发生改变。透入光疏介质的光波成为消逝波。表面等离子共振技术介绍

表面等离子共振(SPR)技术

Otto棱镜型
光纤在线传输式
光栅型
光纤终端反射式
金属膜分子敏感膜
21
棱镜型装置工作原理
(a) Otto 型
(b) Kretschmann 型
22
光纤型光波导耦合器
在线传输式SPR 光纤传感器
23
光纤型光波导耦合器
终端反射式SPR 光纤传感器
24
光栅型光波导耦合器
25
传感芯片——金属膜
反射率高化学稳定性好厚度合适
32
Biacore 3000的LED状态指示器
LED（light-emitting diode）
• Ready：亮/灭 • Error：亮/灭 • Temperature：稳定/闪烁 • Sensor Chip：稳定/闪烁 • Run：亮/灭
33
Biacore 3000的温度控制系统
34
SPR 技术的应用
11
SPR的响应模式
12
SPR的检测模式
直接检测：适用于大分子（>1000 Da）
13
SPR的检测模式
抑制模式：将待测小分子固定在传感器表面，在样品中加入过量对应大分子。
14
SPR仪的结构及工作原理
15
Biacore 3000
Biacore Control
工作仪器
16
Biacore 3000工作仪器
41
42
食品领域
维生素检测生物毒素检测细菌和病原菌检测农、兽药残留量检测
43
微流控多通道SPR检测
44
SPR Imaging
Layout and photograph of the microfluidic chip designed for coupling with SPR imaging system

表面等离子共振实验技术及应用方法

表面等离子共振实验技术及应用方法表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）是一种重要的实验技术，广泛应用于生物医学、环境监测等领域。

本文将介绍SPR的原理、实验方法以及应用。

一、SPR的原理SPR基于光的全反射现象，利用金属表面上的等离子体共振使得光波与金属表面上的等离子体波获得强烈的耦合。

当入射角达到特定的角度（共振角）时，反射光最弱。

这个共振角取决于金属的折射率，而折射率受溶液或界面上吸附物质的影响。

因此，通过检测反射光的强度变化，可以实时监测溶液中的生物分子相互作用、吸附行为等。

二、SPR的实验方法1. 典型实验装置SPR实验通常通过激光器、偏振器、折射率检测系统、样品池以及计算机控制系统构成。

激光器产生单色光，经过偏振器选择S波或P波，接着经过金属薄膜和与样品接触的溶液。

折射率检测系统测量反射光的强度，并将其转化为与样品相互作用的信号。

计算机控制系统负责数据采集和处理。

2. 工作原理样品溶液通过样品池流动，溶液中的目标分子与金属表面上的探针分子发生相互作用。

这些相互作用引起金属的折射率发生变化，导致共振角发生偏移。

通过测量共振角的变化，可以得到样品中目标分子的浓度或相互作用的强度。

三、SPR的应用1. 生物传感器SPR可以实现对生物分子相互作用的实时监测，因此被广泛应用于生物传感器的研究与开发。

例如，用SPR技术可以检测肿瘤标记物、病原体、药物等，用于快速、灵敏的分析和诊断。

2. 药物筛选与研究SPR也可以用于药物筛选和研究。

通过SPR技术可以实时监测药物与受体蛋白之间的相互作用，从而评估药物的效果和亲和性，加速新药研发的过程。

3. 环境监测SPR还可以应用于环境监测领域。

例如，可以利用SPR检测土壤或水中的有毒重金属、污染物等，实现对环境污染程度的快速准确分析。

4. 表面修饰和纳米材料研究SPR也被应用于表面修饰和纳米材料研究。

通过调控金属表面的化学组成和结构，可以实现对光学性质的调控，从而拓展SPR技术在生物医学、光电子等领域的应用。

表面等离子共振ru

表面等离子共振ru表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）是一种重要的光学分析技术，广泛应用于生物医学、化学和材料科学等领域。

本文将介绍SPR的基本原理、应用和发展前景。

一、基本原理SPR是通过金属和介质的界面上的等离子共振现象实现的。

当金属表面被激发时，电子和电磁波之间发生相互作用，产生等离子共振。

这种共振现象使得金属表面形成一种特殊的电磁场分布，称为表面等离子波（Surface Plasmon Wave，简称SPW）。

SPW的存在对光的传播和吸收产生显著影响，从而提供了一种探测物质界面性质和分子相互作用的方法。

二、应用领域1. 生物医学领域：SPR技术在生物传感器、药物筛选、蛋白质-蛋白质相互作用研究等方面具有重要应用。

利用SPR技术可以实时监测生物分子的结合、解离过程，从而研究分子识别、抗体-抗原相互作用等生物学过程。

2. 化学分析领域：SPR技术可以用于表面活性剂、薄膜和薄层材料的研究。

通过SPR技术可以实时监测薄膜的生长和变化过程，分析化学反应的动力学参数，研究表面化学反应机理等。

3. 材料科学领域：SPR技术可以应用于金属纳米颗粒的表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering，简称SERS）。

SERS技术结合了SPR和拉曼散射技术的优势，可以实现对微量物质的高灵敏度检测，具有重要的应用前景。

三、发展前景SPR技术在生物医学、化学和材料科学等领域的应用前景广阔。

随着纳米技术和生物技术的快速发展，SPR技术也得到了进一步的提升和创新。

例如，利用纳米结构调控等离子共振的性质，可以实现更高的灵敏度和分辨率，应用于更复杂的生物体系研究。

此外，SPR 技术与其他分析技术的结合，如拉曼光谱、质谱等，也将为相关领域的研究提供更多可能性。

总结：表面等离子共振是一种重要的光学分析技术，具有广泛的应用前景。

通过研究SPR的基本原理，可以实现对生物分子、化学反应和材料表面的实时监测和分析。

表面等离子共振技术(SPR)

环境监测临床分析
SPR检测
食品工业
蛋白质组学

遗传分析
药物领域
• Clinical immunosensing of tuberculosis (肺结核）CFP10 in patient urine by surface plasmon resonance spectroscopy（ 2011 Elsevier B.V. All rights reserved）

等离子体
指由密度相当高的自由正、负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目几乎相等。
金属表面等离子波
把金属的价电子看成是均匀正电荷背景下运动的电子气体，这实际上也是一种等离子体,由于电磁振荡形成了等离子波。

• 金属膜反射率高化学稳定性好

Thank You!

SPR光学原理
在某个入射角度，光照射到棱镜上与金属膜表面上发生全反射，从而形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子波。当两波相遇时会发生
共振。

• 当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。由于能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少

GGBP蛋白质检测葡萄糖
间接测量法棱镜型SPR表面结构

N-乙酰半胱氨酸
GGBP蛋白固定时传感器表面折射率变化图

四、总结与展望
优点
• 1.可进行实施监测 • 2.无需样品标记 • 3.样品用量少、方便快捷 • 4.灵敏度高，应用范围广 • 5 能测量浑浊甚至不透明样品
表面等离子体共振技术(SPR)
左焕桢 2013-3-14

表面等离子共振技术原理

表面等离子共振技术原理表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)是一种基于光谱学的生物分析方法，其原理可以用于监测分子间的相互作用、分析生物分子结构及其组装、以及监测细胞活性等多个领域。

本文主要介绍SPR技术的原理。

1. SP光，金属薄膜和介质的相互作用SPR技术是建立在SP光的基础上的，需要了解SP光如何被金属薄膜和周围介质相互作用。

SP光是指在金属表面和空气或水等介质之间的界面处，由于金属的自由电子在界面处聚集成电子云而产生的电磁辐射波。

这个电磁辐射波被称为表面等离子波。

SP光的频率与金属薄膜的厚度、形态和材料有关。

当金属薄膜的厚度、形态和材料发生改变时，SP光的频率也会发生变化。

介质(如水)的折射率对SP光的频率也有影响。

当SP光遇到与介质中其它分子之间有相互作用的分子(如蛋白质、核酸和多糖等分子)时，SP光的频率也会发生改变。

这是因为分子的介入会改变周围介质的折射率，导致SP光频率的变化。

SPR技术可用于监测分子之间的相互作用。

2. SPR实验装置及实验原理SPR实验装置主要由显微镜、激光、检测器、样品流动系统等组成。

显微镜用于在金属薄膜表面观察SP光在不同条件下的变化；激光用于产生SP光；检测器用于测量SP光的强度和频率；样品流动系统用于将待测样品(如蛋白质溶液)输送到SP芯片表面。

SPR实验分为四个步骤：1)基线调整；2)样品注入；3)流路清洗；4)数据分析。

当样品注入到SP芯片表面时，如果样品中含有目标分子(如蛋白质)，则会与固定在SP芯片表面上的适配分子(如抗体)发生特异性结合，并改变SP光的频率和强度。

数据分析可根据SP光频率的变化来计算分子间相互作用的亲和力、结合常数、动力学参数以及浓度等信息。

3. SPR技术的优点和应用SPR技术有多个优点：1)SPR技术的检测限度低，可以检测到微量分子相互作用；2)SPR技术对样品的处理很少，可以直接用生物样品进行测试；3)SPR技术的实验操作简单和快速；4)SPR技术可实现实时检测，结果直接可视化。

表面等离子共振ru

表面等离子共振ru表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）是一种基于光学原理的生物传感技术，广泛应用于生物医学研究、药物筛选、食品安全监测等领域。

本文将介绍SPR的原理、应用以及未来的发展趋势。

一、SPR的原理SPR是一种基于金属表面的光学现象，通过测量反射光的强度来获得样品的信息。

当光束照射到金属表面时，光与金属表面的自由电子相互作用，形成一种特殊的光学波，称为表面等离子波。

当入射角度满足一定条件时，表面等离子波会被激发到最大强度，这个角度被称为共振角。

当有分子或离子与金属表面接触时，会改变金属表面的折射率，从而改变共振角度，进而改变反射光的强度。

通过测量反射光的强度变化，可以实时监测样品与金属表面的相互作用，从而获得样品的信息。

二、SPR的应用1. 生物医学研究：SPR技术可以用于实时监测生物分子的相互作用，如蛋白质与蛋白质、蛋白质与药物的结合反应。

通过SPR技术可以研究蛋白质的亲和性、动力学参数等，有助于深入理解生物分子的功能与机制。

2. 药物筛选：SPR技术可以用于高通量药物筛选，通过测量药物与靶标蛋白的结合情况，评估药物的亲和性和特异性。

这种方法可以快速筛选出具有潜在疗效的药物候选物，加速药物研发的过程。

3. 食品安全监测：SPR技术可以用于检测食品中的有害物质，如农药残留、重金属污染等。

通过测量样品与传感器表面的相互作用，可以快速准确地检测食品中的污染物，保障食品安全。

4. 环境监测：SPR技术可以用于监测环境中的有害物质，如水中的重金属、空气中的挥发性有机物等。

通过将传感器与采样装置结合，可以实时监测环境中的污染物，为环境保护提供重要的数据支持。

三、SPR的发展趋势随着技术的进一步发展，SPR在以下几个方面有望取得更大的突破：1. 提高检测灵敏度：目前SPR技术的检测灵敏度已经非常高，但仍有提升的空间。

未来可以通过改进传感器结构、优化检测方法等手段，进一步提高SPR的检测灵敏度，满足更高要求的应用场景。

1_Biacore_SPR原理

Biacore可研究的生物分子范围
• • • • • • • 蛋白质 DNA/RNA 脂类 /脂质体/ 生物膜多糖多肽小分子全细胞/病毒/微生物
CD4/gp120 natural chemokine LMW compound mAb
Detergent-solubilized GPCRs
Ab captured on sensor surface
Au裸金芯片：客户定制表面（材料、高分子等）
30余种不同的试剂盒及缓冲液产品氨基偶联试剂盒、巯基偶联试剂盒；
GST捕获试剂盒 GST重组蛋白分析；
NTA捕获试剂盒 His 重组蛋白分析； ……
Biacore分析的基本流程
29
January 2012
分析物和配体的定义
分析物定义流动相中“流经”芯片表面的分子
固定配体样品进样
芯片再生
数据分析
固定配体 (Immobilization)
–什么是固定配体？ –将配体直接（共价）或者间接地 (通过捕获分子) 固定于芯片表面
捕获分子 Capturing molecule
–直接固定（也称为“偶联”） –将配体共价偶联于芯片表面
–捕获的方式 –将捕获分子共价偶联于芯片表面 –捕获分子在每个循环过程中通过亲合作用固定配体
SPR 光学组件
IFC 微流路系统
传感芯片微流控系统 (IFC)
微流控系统(IFC)
• 集成化、自动化的微流路控制系统 • 样品消耗量低 • 为互作分析而设计优化
IFC
(放大图)
流动池
微流控系统 (IFC)–流动池
• 4个流动池–位于IFC上 • 可选择单独、配对、串联使用。 • 流动池为配对使用进行了优化(Fc1-Fc2, Fc3-Fc4)

表面等离子体共振

根据拟合结果，分析表面等离子体共振现象的物理机制。
03
02
拟合分析
利用数学模型对数据进行拟合，提取共振角、共振峰宽等信息。
结果比较
将实验结果与理论预测进行比较，验证理论模型的正确性。
04
实验误差与精度
误差来源
分析实验过程中可能引入的各种误差来源，如光源稳定性、光学元件的误差、样品制备误差等。
技术创新
探索新的实验技术，如微纳加工、纳米压印等，以实现更精细的表面等离子体共振结构。
跨学科研究的可能性与挑战
可能性
表面等离子体共振涉及物理学、化学、生物学等多个学科领域，具有广阔的跨学科研究前景。
挑战
跨学科研究需要不同领域的专家进行深入合作，克服技术、理论和方法等方面的障碍。
感谢您的观看
在化学领域的应用
1 2 3
化学反应动力学研究
利用表面等离子体共振技术对化学反应过程中分子的动态行为进行实时监测，有助于深入了解化面化学吸附、催化反应等过程进行研究，有助于发现新的表面化学现象和反应机制。
纳米材料表征
表面等离子体共振技术可应用于纳米材料的表征，如纳米粒子的尺寸、形貌和表面性质等。
利用表面等离子体共振技术监测生物分子间的相互作用，如蛋白质与DNA、抗体与抗原之间的结合，有助于深入了解生物分子结构和功能。
药物筛选与设计
通过表面等离子体共振技术对药物与靶点分子间的相互作用进行研究，有助于发现潜在的药物候选物并进行优化设计。
生物传感器应用
将表面等离子体共振技术应用于生物传感器，可实现生物样品的高灵敏度检测，如病毒、细菌、蛋白质等。
金属表面等离子体的基本性质
金属表面等离子体
金属表面的自由电子在光、电、磁等外界因素作用下，形成的一种特殊电磁现象。

第四章表面等离子体共振技术总结

第四章表面等离子体共振技术--学习总结通过表面等离子体共振技术的学习，我主要掌握了以下的一些基本知识：一、金属表面的等离子体振动表面等离子体振动，其角频率ωs与体积等离子体的不同，它们之间存在以下关系：则这种特殊表面的等离子体振动的角频率ωms为：Array二、产生表面等离子体共振的方法面等离子体波（Surface plasma wave，SPW）质中逐渐衰减。

表面等离子体波是TM极化波，即横波，其磁场矢量与传播方向垂直，与界面平行，而电场矢量则垂直于界面。

在半无穷电介质和金属界面处，角频率为式中c是真空中的光速，εm和εa分别是金属和电介质的介电常数。

表面等离εm=εmr+iεmi）。

金属的εmr/εmi电磁波在真空中的速度c与在不导电的均匀介质中的速度v之比称为电介质的折射率n：则：Array频率为ω要使光波和（ka）总是在ω（从不交叉，即ω（因此，要设法移动ω（的。

场在金属与棱镜的界面处并不立即消失，而是向金属介质中传输振幅呈指数衰减的消失kev为：通过调节θ共振，有：由上式可见，若入射光的波长一定，即ωa一定时，ns条件；若θ0一定时，ns改变，则必须改变ωa波长λ来实现。

此时θ0和λ分别称为共振角和共振波长。

右图为典型的SPR光谱三、SPR传感器1、基本原理表面等离子体子共振的产生与入射光的角度θ、波长λ、金属薄膜的介电常数εs及电介质的折射率ns有关，发生共振时θ和λ分别称为共振角度和共振波长。

对于同一种金属薄膜，如果固定θ，则λ与ns有关；固定λ，则θ与ns有关。

如果将电介质换成待测样品，测出共振时的θ或λ，就可以得到样品的介电常数εs或折射率ns；如果样品的化学或生物性质发生变化，引起ns的改变，则θ或λ也会发生变化，这样，检测这一变化就可获得样品性质的变化。

固定入射光的波长，改变入射角，可得到角度随反射率变化的SPR光谱；同样地，固定入射光的角度，改变波长，可得到波长随反射率变化的SPR光谱。

表面等离子体子共振传感器I_基本原理

拢 , 即可视为仅有一个膜面上的表面等离子体子。当 kx 极大时 , ω 趋于表面等离子体子的频率
ωs
=
(1
ωp +ε2) 1/ 2
= ωp 2
(ε2
= 1)
(9)
当 kx 值较小时 , 色散曲线向光波色散曲线 (图 3 中直线) 靠拢。
所有表面等离子体子的色散曲线均处于光
波色散直线的右侧 ( 见图 3) , 这也是称其为
在 SPR 方法灵敏度的研究方面 , 人们将各种高新技术应用于 SPR 体系 , 同时在仪器装置的改进上也做了大量工作。将纳米技术应用于配体2受体结合过程 , 极大地提高了 SPR 方法的灵敏度。电化学方法、表面物理化学方法、光声光谱和光热偏转光谱法、质谱法与 SPR 的联用 , 改进了 SPR 方法的性能 , 提高了灵敏度 , 拓宽了 SPR 方法的应用领域。
2 分析仪器 2000 年第 4 期
和生物工程等领域将获得更多的实际应用。 SPR 作为一种强有力的研究生物分子相互作用的工具 , 具有诱人的发展前景 , 必将推动生命科学研究的发展。
2 等离子体子的概念
1902 年 , Wood[3] 在光学实验中首次发现了表面等离子体子共振现象。1941 年 , Fano[4] 根据金属和空气界面上表面电磁波的激发解释了这一现象。随后有人提出了体积等离子体子的概念 , 认为这是金属中体积电子密度的一种纵向波动。Ritchie[5]注意到 , 当高能电子通过金属薄片时 , 不仅在体积等离子体子频率处有能量损失峰 , 在更低频率处也有能量损失峰 , 并认为这与金属薄膜的界面有关。1959 年 , Powell 和 Swan[6] 通过实验证实了 Ritchie 的理论。1960 年 , Stern 和 Farrell[7]研究了此种模式产生共振的条件并首次提出了表面等离子体子 (SP) 的概念。表面等离子体子是指金属表面沿着金属和介质界面传播的电子疏密波[8] 。

表面等离子体共振技术

表面等离子体共振技术
目录
• SPR技术概述 • SPR技术的基本原理 • SPR传感器的设计与应用 • SPR技术的优势与局限性 • 实际应用案例分析
01
SPR技术概述
SPR技术的定义与原理
定义
表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）是一种光学检测技术，用于研究光与物质相互作用时的物理和化学性质。
表面等离子体共振技术需要使用特定的介质，如金属薄膜，这限制了其在某些特殊环境中的应用。
成本较高
表面等离子体共振技术需要高精度的光学设备和材料，导致其成本相对较高。
对Байду номын сангаас数要求严格
该技术对实验参数要求较为严格，如角度、波长等，需要精确控制才能获得准确的结果。
对生物样品适应性有限
表面等离子体共振技术在处理复杂生物样品时可能受到限制，可能需要进一步优化和改进。
02
SPR技术的基本原理
表面等离子体的基本概念
表面等离子体
是指金属表面自由电子与光子相互作用后，电子被激发到高能级，形成的一种特殊的电磁波。
表面等离子体共振
当入射光波的频率与表面等离子体的共振频率相同时，会引起强烈的电磁场增强效应，导致反射光的强度发生急剧变化。
表面等离子体的激发条件
原理
当光入射到金属表面时，金属中的自由电子会被光子能量激发，形成表面等离子体波。当入射光的频率与表面等离子体波的频率相匹配时，就会产生共振，导致反射光的强度发生明显变化。
SPR技术的应用领域
生物传感
利用SPR技术检测生物分子间的相互作用，如蛋白质、DNA和细胞等。
环境监测
检测水、土壤和空气中的有害物质，如重金属、农药和有害气体等。

表面等离子体共振原理及其化学应用

表面等离子体共振原理及其应用李智豪1.表面等离子体共振的物理学原理人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。

1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。

后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。

由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。

1.1 基本原理[1]光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。

等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。

当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。

对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。

金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。

这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场的增强效应等。

表面等离子共振技术-1

表面等离子体共振的原理

表面等离子共振技术介绍

表面等离子共振(SPR)技术

表面等离子共振实验技术及应用方法

表面等离子共振ru

表面等离子共振技术(SPR)

表面等离子共振技术原理

表面等离子共振ru

1_Biacore_SPR原理

表面等离子体共振

第四章 表面等离子体共振技术总结

表面等离子体子共振传感器I_基本原理

表面等离子体共振技术

表面等离子体共振原理及其化学应用

第四章表面等离子体共振技术总结