文档介绍：激光光散射技术及其应用
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POLYMER yPHYSICS
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Michael R ubinstein and Ralph Colby. Polymer Physics. 2003
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激光光散射技术和应用
近年来，光电子和计算机技术的飞速发展使得激光光散射已经成为高分子体系和胶体科学研究中的一种常规的测试手段。现代的激光光散射包括静态和动态两个部分。在静态光散射中，通过测定平均散
射光强的角度和浓度的依赖性，可以得到高聚物的重均分子量 MW,均方根回旋半径 R和第二维利系数A2；
在动态光散射中，利用快速数字相关器记录散射光强随时间的涨落，即时间相关函数，可得到散射光的特性弛豫时间T,进而求得平动扩散系数 D和与之对应的流体力学半径 R。在使用过程中，静态和动态光散射有机地结合可被用来研究高分子以及胶体粒子在溶液中的许多涉及到质量和流体力学体积变化的过程，如聚集和分散、结晶和溶解、吸附和解吸、高分子链的伸展和卷缩以及蛋白质长链的折叠，并可
得到许多独特的分子量参数。
一、光散射发展简史：
Tynadall effect (1820-1893 )
1869年，Tyndall研究了自然光通过溶胶颗粒时的散射，注意到散射光呈淡淡的蓝
色，并且发现如果入射光是偏振的，这散射光也是偏振的。Tyndall由此提出了 19
世纪气象学的两大谜题：为什么天空是蓝色的？为什么来自天空的散射光是相当偏
振的？
Tyn dall effect
James Clerk Maxwell (1833-1879)
解释了光是一种电磁波，并正确地计算出光的速度。
Lord Rayleigh(1842-1919)
1881年，Rayleigh应用Maxwell的电磁场理论推导出，在无吸收、无相互作用条件下，光学各向同性的小粒子的散射光强与波长的四次方成反比。并解释了蓝天是
太阳光穿透大气层所产生的散射现象。
Abert Ein stei n(1879-1955)
研究了液体的光散射现象。
Cha ndrasekhara (1888-1970)
，印度籍科学家 Raman提出了 Raman效应(也称拉曼散射)，即在被后发生变化的现象。
Peter Debye (1884-1966 )
延续了 Einstein的理论，描述了分子溶解于溶剂中所产生的光散射现象，提出用
Peter Debye
Debye plot。1944年，Debye利用散射光强测得稀溶液中高分子的重均分子量。
Bruno H. Zimm (1920-2005 )
1948年，Zimm提出了着名的Zimm作图法，即在一张图上同时将角度和浓度外推到零，从而准确计算出高分子的分子量。从此，光散射成为测定高分子分子量的一种经典方法。
Robert Pecora
1964年，提出了动态光散射的理论分析。
Cummi ns H Z 1964年，测定了聚苯乙烯胶乳稀溶液的散射，得到与理论一致的结果。
Edward Roy Pike
1969年，提出了数字相关器。
Walter Ttscharnuter （ Brookhaven 仓収台人）
1971年，设计制造出世界上第一块数字相关器。
Brookhave n In strume nts Corp.
1980年，推出世界上第一块商业化的数字相关器 BI-2030 ; 1990年推出世界上第一块单卡式数字相关器
BI-9000 ; 2003年推出新一代采用大规模集成电路设计的数字相关器 TuborCorr。
二、基本理论：
静态光散射
当一束单色、相干的激光沿入射方向照射到无吸收的高分子稀溶液时，光束中分子的电子云在光
的电磁波作用下极化，形成诱导偶极子，并随着电磁波的振动向各个方向辐射出电子波，该电子波成为
二次光波源，也就是散射光。如果分子是静止的，则散射光和入射光的频率相同，称弹性散射。高分子
溶