《SPR技术简介》PPT课件.ppt

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1、表面离子体共振Surfaceplasmonresonance组员：OutlineSPR技术简介SPR仪器介绍SPR应用SPR技术简介1.表面等离子体共振（Surfaceplasmonresonance，SPR），又称表面等离子体子共振，表面等离激元共振，是一种物理光学现象，有关仪器和应用技术已经成为物理学、化学和生物学研究的重要工具。2.发展概史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结构为SPR传感器奠定了基础1983年，liedberg将SPR用于

2、IgG与其抗原的反应测定1987年，Knoll等人开始SPR成像研究1990年，BiacoreAB公司开发出首台商品化SPR仪器••••••SPR原理什么是等离子体？等离子体=PLASMA=电浆等离子体的发现：等离子体通常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，是物质存在的一种状态，与固态、液态和气态并列，称为物质的第四态。宇宙中大部分物质处于等离子状态。1879年，英国物理学家WilliamCrookes----物质第四状态1929年，美国化学物理学家Langmuir----等离子体等离子体

3、成分，对外呈现电中性等离子体是由大量带电粒子组成的非凝聚系统，它的主要特征是：1、离子间存在长程库仑作用。2、等离子的运动与电磁场的运动紧密耦合，形态和性质受外加电磁场的影响强烈。3、存在极其丰富的集体效应和集体运动模式(如各种静电波、漂移波等)。4、等离子体对边界条件十分敏感。在金属中，价电子为整个晶体所共有，形成所谓费米电子气。价电子可在晶体中移动，而金属离子则被束缚于晶格位置上，但总的电子密度和离子密度是相同的，从整体来说金属是电中性的。人们把这种情况形象地称为“金属离子浸没于电子的海洋中”。这种情况和气体放电中的等离子

4、体相似，因此可以把金属看作是一种电荷密度很高的低温（室温）等离子体，而气体放电中的等离子体是一种高温等离子体，电荷密度比金属中的低。金属板中电子气的位移（上）金属离子（+）位于“电子海洋”中（灰色背景），（下）电子集体向右移动什么是金属等离子体？？？等离子波e正电荷过剩区域库仑力引力斥力平衡点电子间相互斥力当金属受到电磁干扰时，金属中的电子密度分布就会变得不均匀。设想在某一区域电子密度低于平均密度，那么就会形成局部的正电荷过剩。这时由于库仑引力作用，会把近邻的电子吸引到该区域，而被吸引的电子由于获得附加的动量，又会使该区域聚集

5、过多的负电荷，然而，由于电子间的排斥作用，使电子再度离开该区域，从而形成价电子相对于正电荷背景的起伏振荡。由于库仑力的长程作用，这种局部的电子密度振荡将形成整个电子系统的集体振荡，即等离子震荡，并以密度起伏的波的形式来表现，称为等离子波。表面等离子体振动产生的电荷密度波，沿着金属和电介质的界面传播，形成表面等离子体波，其场矢量在界面处达到最大，并在两种介质中逐渐衰减。表面等离子体波是TM极化波，即横磁波（TransverseMagneticmode），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。表面等离子体波

6、（Surfaceplasmawave，SPW）全反射n1sinθ1=n2sinθ2菲涅尔定理：密疏密疏当光从光密介质射入光疏介质（n1＞n2），入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光将完全消失，而只剩下反射光，这种现象叫做全反射。当以波动光学的角度来研究全反射时，人们发现当入射光到达界面时并不是直接产生反射光，而是先透过光疏介质约一个波长的深度，再沿界面流动约半个波长再返回光密介质，而光的总能量没有发生改变。则透过光疏介质的波被称为消逝波。界面疏密消逝波SPR基本原理它利用P偏振光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射

7、时渗透到金属薄膜内的消失波,引发金属中的自由电子产生表面等离子体子,当表面等离子体与消失波的频率相等时,二者将发生共振,界面处的全反射条件将被破坏,呈现衰减全反射现象，入射光被金属表面电子吸收,使反射光能量急剧下降SPR基本原理当入射光波长固定时，反射光强度是入射角的函数，其中反射光强度最低时所对应的入射角称为共振角SPR检测原理SPR对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感,当表面介质的属性改变或者附着量改变时，共振角将不同。因此，SPR谱（共振角的变化vs时间）能够反映与金属膜表面接触的体系的变化。棱镜耦合棱镜是SPR研究

8、中应用最为广泛的光学耦合器件。棱镜由高折射率的非吸收性的光学材料构成，其底部镀有厚度为50nm左右的高反射率的金属薄膜（一般为金或银），膜下面是电介质。在SPR传感器中，该电介质即为待测样品。由光源发出的p-偏振光以一定的角度θ0入射到棱镜中，在棱镜与金属的界面处将发生反射和