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第1章 光散射导论1

1.1 光散射简介1

1.1.1 光散射现象1

1.1.2 光散射分类3

1.1.3 光散射广泛存在的原因4

1.2 丁达尔散射5

1.2.1 丁达尔散射的发现5

1.2.2 丁达尔散射的特点及局限6

1.3 瑞利散射7

1.3.1 瑞利散射的发现7

1.3.2 瑞利散射定律8

1.4 米氏散射12

1.4.1 米氏散射的发现12

1.4.2 米氏散射的特征13

1.4.3 洛伦茨-米氏-德拜散射14

1.5 光散射的本质14

1.5.1 斯莫卢霍夫斯基与密度涨落理论14

1.5.2 爱因斯坦与密度涨落理论15

1.6 拉曼散射15

1.6.1 拉曼散射的发现15

1.6.2 拉曼散射光谱17

1.7 布里渊散射18

1.7.1 布里渊散射的发现18

1.7.2 布里渊散射的本质18

1.8 动态光散射与静态光散射19

1.8.1 动态光散射19

1.8.2 静态光散射19

参考文献20

第2章 电磁波与光散射理论21

2.1 概述21

2.2 麦克斯韦方程组与电磁波22

2.2.1 麦克斯韦方程组22

2.2.2 电磁波的产生及传播24

2.2.3 电磁波的性质25

2.2.4 电磁波谱29

2.3 物质的辐射30

2.3.1 黑体辐射30

2.3.2 一般物体辐射32

2.3.3 朗伯辐射体33

2.3.4 太阳辐射33

2.3.5 电磁波的反射34

2.3.6 浑浊介质的光吸收与光散射35

2.4 瑞利散射36

2.4.1 瑞利散射理论36

2.4.2 散射截面38

2.5 米氏散射理论39

2.5.1 米氏散射公式39

2.5.2 几何散射公式40

2.6 离散偶极子近似算法40

参考文献41

第3章 光散射信号检测43

3.1 概述43

3.2 荧光光度计用于散射光信号检测43

3.2.1 共振光散射技术44

3.2.2 倍频散射与半频散射信号45

3.2.3 荧光光谱仪器对光散射光谱的影响47

3.2.4 全内反射-光散射检测技术48

3.2.5 光散射偏振光谱技术50

3.2.6 后向光散射信号检测52

3.2.7 固相样品散射光信号检测52

3.3 光散射显微成像分析53

3.3.1 普通显微成像54

3.3.2 暗场散射成像54

3.3.3 全内反射光散射成像55

3.3.4 单颗粒光散射光谱技术56

3.4 动态光散射技术57

参考文献57

第4章 共振光散射光谱分析法60

4.1 共振光散射光谱分析简介60

4.2 共振光散射光谱分析法的理论基础60

4.2.1 瑞利散射信号强度与瑞利比60

4.2.2 共振光散射光谱的测量63

4.2.3 共振光散射光谱法的定量方程63

4.3 影响共振光散射光谱法灵敏度的因素64

4.3.1 仪器因素64

4.3.2 入射光波长66

4.3.3 散射颗粒大小和浓度66

4.3.4 散射颗粒及周围介质的折光率67

4.4 共振光散射光谱的校正67

4.4.1 校正原理67

4.4.2 表观吸收光谱中散射成分的分离69

4.4.3 光谱校正的应用70

4.5 共振光散射比率分析法70

4.5.1 共振光散射分析法的局限70

4.5.2 双波长散射比率法71

4.5.3 散射-荧光比率法73

4.6 流动注射-共振光散射联用分析技术74

参考文献75

第5章 有机小分子光散射光谱探针77

5.1 光散射光谱探针的种类77

5.1.1 探针77

5.1.2 光散射光谱探针的种类78

5.2 无机离子探针78

5.2.1 金属离子探针78

5.2.2 金属配合物离子探针79

5.2.3 无机阴离子探针79

5.3 有机小分子探针的种类及其结构特征79

5.3.1 有机小分子阳离子探针80

5.3.2 有机小分子阴离子探针80

5.3.3 协同有机小分子探针82

5.3.4 其他有机小分子探针83

5.4 有机小分子探针的聚集83

5.4.1 分子聚集体的形成83

5.4.2 共轭结构分子的聚集83

5.4.3 表面活性剂的聚集84

5.4.4 不同小分子或离子间的缔合86

5.5 有机小分子探针与生物大分子的作用89

5.5.1 斯洽德作图法89

5.5.2 有机小分子与核酸的作用89

5.5.3 有机小分子与蛋白质的作用93

5.5.4 有机小分子与糖类的作用94

5.6 金属配合物分子探针与生物大分子的作用96

5.6.1 与核酸的作用96

5.6.2 与蛋白质的作用97

5.7 影响有机小分子探针聚集的因素97

5.7.1 酸度的影响97

5.7.2 离子强度的影响98

5.7.3 有机溶剂的影响98

5.7.4 温度和时间的影响99

5.8 有机小分子探针的界面行为99

参考文献100

第6章 纳米光散射光谱探针106

6.1 非金属纳米光散射光谱探针106

6.1.1 量子点106

6.1.2 碳纳米颗粒107

6.1.3 硫簇纳米颗粒109

6.1.4 氧化物纳米颗粒111

6.1.5 卤化物纳米颗粒112

6.1.6 其他非金属纳米颗粒112

6.2 复合型非金属纳米颗粒113

6.2.1 碳纳米／聚合物复合纳米颗粒113

6.2.2 碳纳米／金属复合纳米颗粒113

6.2.3 TiO2/SiO2纳米复合物114

6.3 金属纳米颗粒探针114

6.3.1 贵金属纳米颗粒的等离子体共振114

6.3.2 金纳米颗粒116

6.3.3 银纳米颗粒122

6.3.4 其他金属纳米颗粒及其光散射126

6.4 金属纳米颗粒聚集与组装的光散射126

6.4.1 纳米颗粒聚集体的光散射126

6.4.2 组装体的光散射129

参考文献131

第7章 纳米光散射光谱分析法137

7.1 纳米光散射分析法的基本原理137

7.2 贵金属纳米光散射分析法137

7.2.1 光散射生物标记与染色137

7.2.2 基于颗粒生成生长的光散射分析140

7.3 单颗粒光散射光谱分析141

7.3.1 单颗粒光散射计数分析142

7.3.2 单颗粒光散射光谱分析143

7.3.3 单纳米颗粒的实时监控及其分析应用145

7.4 纳米颗粒微环境变化传感147

7.4.1 单纳米颗粒光散射传感原理147

7.4.2 单纳米颗粒光散射传感的应用147

7.4.3 单纳米颗粒的三原色编码149

7.5 等离子体共振耦合及分子标尺151

7.5.1 等离子体共振耦合及其影响因素151

7.5.2 等离子体分子标尺152

7.6 等离子体共振能量转移及其分析应用154

7.6.1 等离子体共振能量转移154

7.6.2 等离子体共振能量转移的分析应用155

7.7 单纳米颗粒光散射成像分析的应用156

7.7.1 单纳米颗粒成像用于分子反应监控157

7.7.2 单纳米颗粒成像示踪分析159

7.8 等离子体纳米颗粒的光浓缩效应及分析应用160

7.9 单纳米颗粒光散射分析法的发展趋势163

7.9.1 PRET理论研究163

7.9.2 PRET的分析应用前景163

参考文献164

第8章 光散射生物显微成像分析167

8.1 生物显微成像技术167

8.1.1 生物显微成像167

8.1.2 光散射生物显微成像167

8.2 免标记光散射细胞成像分析168

8.2.1 共聚焦光吸收和散射光谱显微成像技术169

8.2.2 光学相干断层摄影术169

8.2.3 傅里叶转换的光散射成像169

8.2.4 量化相位显微成像技术170

8.3 纳米颗粒标记的细胞光散射成像170

8.3.1 银纳米颗粒细胞标记光散射成像171

8.3.2 金纳米颗粒癌细胞识别及靶蛋白标记成像172

8.3.3 其他纳米材料细胞标记光散射成像174

8.3.4 胞内分子的动态实时监控174

8.4 生物光散射成像分析的发展趋势175

8.4.1 新型光散射成像探针的设计与制备175

8.4.2 细胞生物学过程监测176

8.4.3 暗场光散射增强成像176

8.4.4 双光子光散射成像178

参考文献179

第9章 无机离子的光散射光谱分析182

9.1 无机离子光散射分析法的基本原理182

9.2 金属离子测定182

9.2.1 银离子183

9.2.2 锌离子184

9.2.3 铜离子184

9.2.4 钾离子186

9.2.5 铁离子186

9.2.6 钴离子188

9.2.7 镍离子188

9.2.8 铝离子189

9.3 阴离子测定190

9.3.1 亚硝酸根190

9.3.2 含氯阴离子191

9.3.3 磷酸根191

9.3.4 硫酸根192

9.3.5 卤素阴离子193

9.3.6 硫氰酸根193

参考文献193

第10章 有机小分子及药物光散射光谱分析198

10.1 药物光散射分析的原理198

10.2 药物光散射光谱分析探针199

10.2.1 有机小分子光散射探针200

10.2.2 纳米颗粒光散射探针202

10.3 药物光散射光谱分析方法的发展策略205

10.3.1 改变分析测定装置205

10.3.2 改变进样方式206

10.3.3 改变信号处理方式206

参考文献206

第11章 核酸光散射光谱分析211

11.1 核酸光散射光谱分析的原理及方法211

11.1.1 用于光散射分析的核酸分子结构特征211

11.1.2 核酸光散射分析法的特点212

11.2 核酸光散射探针试剂的选择212

11.2.1 阳离子光散射探针212

11.2.2 纳米光散射光谱探针216

11.3 贵金属纳米光散射分析法在核酸杂交研究中的应用217

11.3.1 金纳米光散射探针217

11.3.2 银纳米光散射探针220

11.3.3 其他纳米光散射探针222

参考文献223

第12章 蛋白质光散射光谱分析227

12.1 蛋白质光散射分析法的基本原理227

12.1.1 蛋白质光散射分析分子结构特征227

12.1.2 蛋白质光散射分析法的特点228

12.2 探针试剂选择229

12.2.1 有机小分子染料探针229

12.2.2 纳米探针231

12.2.3 其他光散射光谱探针233

12.3 影响蛋白质光散射分析的因素233

12.3.1 介质酸度233

12.3.2 探针类型和浓度234

12.3.3 干扰蛋白质光散射测定的因素235

12.4 光散射免疫分析235

12.4.1 免标记光散射免疫分析235

12.4.2 标记型光散射免疫分析237

12.4.3 基于核酸适配体的光散射免疫分析239

参考文献240

第13章 生物微粒的光散射光谱解析244

13.1 细菌的共振光散射特性244

13.1.1 细菌及其测定方法244

13.1.2 酿酒酵母菌的共振光散射光谱245

13.1.3 大肠杆菌和柑橘溃疡菌的共振光散射光谱247

13.2 生物微粒的偏振共振光散射光谱248

13.3 共振光散射技术在细胞分析中的应用253

13.3.1 光与细胞的作用253

13.3.2 细胞的光散射分析253

13.3.3 线粒体的共振光散射光谱分析255

13.3.4 溶酶体的共振光散射光谱分析257

13.4 光散射技术在肿瘤分析中的应用257

13.4.1 组织的光散射特性257

13.4.2 癌组织的光散射特性258

参考文献260

第14章 水环境光散射光谱分析265

14.1 水环境中典型金属离子的光散射测定265

14.1.1 汞离子265

14.1.2 镉离子268

14.1.3 铅离子268

14.1.4 铬离子269

14.1.5 砷离子270

14.2 水环境中有机小分子的光散射测定271

14.2.1 表面活性剂271

14.2.2 持久性有机污染物272

14.2.3 酚类及其他有机小分子274

14.3 浊度分析275

14.3.1 浊度275

14.3.2 浊度的测定276

参考文献277

第15章 大气环境光散射光谱分析283

15.1 大气的光散射现象283

15.1.1 地球大气层283

15.1.2 大气环境284

15.2 光学颗粒计数器285

15.3 气溶胶光谱仪287

15.4 气溶胶质谱仪287

15.5 空气动力学粒度仪288

15.6 单颗粒烟尘光度计289

15.7 偏振云粒谱仪291

15.8 后向散射云探头292

15.9 云滴探测器293

15.10 光散射技术在大气遥感中的应用294

15.10.1 激光雷达的工作原理294

15.10.2 多普勒激光雷达294

15.10.3 差分吸收激光雷达295

15.10.4 云物理激光雷达297

15.10.5 机载拉曼臭氧和温度激光雷达297

15.10.6 气溶胶激光雷达298

参考文献299