激光光散射
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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散射光的频率增宽是以入射光频率为中心的Lorentz 分布： ⑺ 入射光频率为0 ,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 -Γ 0 0+Γ
③函数的变化：
Rh k BT 6D
⑻
R h 是流体力学半径，其中 k B 是玻尔
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。 Ir 2 ⑶ R(θ) I0 I为散射光强；r为散射半径，即散射点到检测点 的距离； I 0 为入射光强度。
③光学常数： ⑷
n0 为溶剂的折光指数,λ dn是微分折光指数增量， 为入射光波长
④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
Kc 1 2 A2 c 3 A3 c 2 R( ) M w
⑸
A2 A3分别是 K是光学常数 c是浓度， MW 是重均分子量， 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。
⑤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。
激光光散射仪应用
2 R 1.SLS的应用（得到 g M w A2
）
Zimm图
Kc R ( )
并不是所有Zimm图都很规则
θ 15°~150°
C
106 ~ 103 g/mL
sin
2
2
kc
(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- M w关系得到标度指数 ⑥研究该分子在溶液中的构象
兹曼常数,T是绝对温度,η是介质
Fra Baidu bibliotek
（常为溶剂）的粘度, D为平动扩散 系数。
2 2 D ( 1 k c )( 1 f R q ) 0 g q2
⑼
f ( Rh )
Rh
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632.8nm 25mw ◇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：
激光光散射仪基本原理
静态光散射（static light scattering ，SLS） 激光光散射
（Laser light scattering）
动态光散射（dynamic light scattering，DLS）
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 (elastic light scatttering),也常称为经典光散 射(classical light scattering)，静态光散射 (static light scattering )。
2.瑞利散射（Rayleigh scattering）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
⑴
3.1944年德拜利用光散射得到了高分子的重均分子 量 ⑵ 4.1948年 Zimm作图法 5.1960年后,静、动态光散射都得到了飞速发展
Rg Rh
3.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
Thank you!
Kc 1 1 2 [1 q 2 R g ] 2 A2 c R( ) M W 3
⑹
4n K是光学常数 c是浓度，q是散射矢量，q sin( 2 ) 0
M w 是重均分子量， A2
是第二维里系数。
2.动态光散射
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 6 的运动速度有关，一般频移范围在1~ 10 Hz。这种 频率位移是很小的，因此将其称为准弹性光散射 (quasi-elastic light scattering)或动态光散射 (dynamic light scattering)，有时也被称为光子 相关光谱（photon correlation spectroscopy）。
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散射光的频率增宽是以入射光频率为中心的Lorentz 分布： ⑺ 入射光频率为0 ,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 -Γ 0 0+Γ
③函数的变化：
Rh k BT 6D
⑻
R h 是流体力学半径，其中 k B 是玻尔
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。 Ir 2 ⑶ R(θ) I0 I为散射光强；r为散射半径，即散射点到检测点 的距离； I 0 为入射光强度。
③光学常数： ⑷
n0 为溶剂的折光指数,λ dn是微分折光指数增量， 为入射光波长
④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
Kc 1 2 A2 c 3 A3 c 2 R( ) M w
⑸
A2 A3分别是 K是光学常数 c是浓度， MW 是重均分子量， 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。
⑤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。
激光光散射仪应用
2 R 1.SLS的应用（得到 g M w A2
）
Zimm图
Kc R ( )
并不是所有Zimm图都很规则
θ 15°~150°
C
106 ~ 103 g/mL
sin
2
2
kc
(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- M w关系得到标度指数 ⑥研究该分子在溶液中的构象
兹曼常数,T是绝对温度,η是介质
Fra Baidu bibliotek
（常为溶剂）的粘度, D为平动扩散 系数。
2 2 D ( 1 k c )( 1 f R q ) 0 g q2
⑼
f ( Rh )
Rh
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632.8nm 25mw ◇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：
激光光散射仪基本原理
静态光散射（static light scattering ，SLS） 激光光散射
（Laser light scattering）
动态光散射（dynamic light scattering，DLS）
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 (elastic light scatttering),也常称为经典光散 射(classical light scattering)，静态光散射 (static light scattering )。
2.瑞利散射（Rayleigh scattering）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
⑴
3.1944年德拜利用光散射得到了高分子的重均分子 量 ⑵ 4.1948年 Zimm作图法 5.1960年后,静、动态光散射都得到了飞速发展
Rg Rh
3.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
Thank you!
Kc 1 1 2 [1 q 2 R g ] 2 A2 c R( ) M W 3
⑹
4n K是光学常数 c是浓度，q是散射矢量，q sin( 2 ) 0
M w 是重均分子量， A2
是第二维里系数。
2.动态光散射
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 6 的运动速度有关，一般频移范围在1~ 10 Hz。这种 频率位移是很小的，因此将其称为准弹性光散射 (quasi-elastic light scattering)或动态光散射 (dynamic light scattering)，有时也被称为光子 相关光谱（photon correlation spectroscopy）。