1、表面等離激元共振Surface Plasmon Resonance,三級(jí)物理實(shí)驗(yàn),內(nèi)容簡(jiǎn)介,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 數(shù)據(jù)記錄與處理,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解全反射中倏逝波的概念 2、觀察表面等離激元共振現(xiàn)象，研究其共振 角隨折射率的變化 3、進(jìn)一步熟悉和了解分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用 4、了解和掌握共振角測(cè)量的方法，以及折 射率的計(jì)算原理和方法,SPR發(fā)展簡(jiǎn)介,1、1902年Wood就在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了表面等離子體共振現(xiàn)象 2、1941年Fano根據(jù)金屬和空氣界面上電磁波的激發(fā)解釋了這一SPR現(xiàn)象，隨后提出體積等離子體子的概念，認(rèn)為這是金屬中體積電子密度的一種縱向波動(dòng)

2、。Ritchie注意到當(dāng)高能電子通過(guò)金屬薄片時(shí)，不僅在體積等離子體子頻率處有能量損失峰，在更低頻率處也有能量損失峰，并認(rèn)為這與金屬薄膜的界面有關(guān)。 3、1959年P(guān)owell和Swan通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Ritchie理論 4、1960年Stern和Farrell研究了產(chǎn)生共振的條件并首次提出了表面等離子體子（SP）的概念 5、1971年Kretschmann為SPR傳感器結(jié)構(gòu)技術(shù)奠定了基礎(chǔ) 6、1983年Liedburg將SPR用于IgG與其抗原的反應(yīng)測(cè)定 7、1987年Knoll等人開(kāi)始了SPR成像的研究 8、1990年Biocare AB公司開(kāi)發(fā)出首臺(tái)商品化SPR儀器,基本概念,表面等離激元共

3、振是一種能夠適合探測(cè)金屬表面的分子相互作用的量子光電現(xiàn)象 理論上，一個(gè)表面全內(nèi)部反射的光誘發(fā)從表面延伸的消散波，平行于正常的波。這個(gè)消散場(chǎng)是由于光的波性質(zhì)和強(qiáng)度隨著表面距離增加而呈指數(shù)遞增。在波導(dǎo)/金屬表面相交處，從波導(dǎo)延伸的消散場(chǎng)能夠以具體的入射角耦合到電磁表面波，這個(gè)角 稱為表面等離子體共振（SPR）角 當(dāng)入射光從折射率為n1的光密介質(zhì)照射到折射率為n2的光疏介質(zhì)發(fā)生全反射時(shí)，在2 種介質(zhì)的交界面處將同時(shí)發(fā)生折射和反射，當(dāng)入射角大于臨界角c時(shí),將發(fā)生全反射，在全內(nèi)反射（Total Internal Reflected, TIR）條件下，入射光的能量沒(méi)有損失，但光的電場(chǎng)強(qiáng)度在界面處并不立即減

4、小為零，而會(huì)滲入光疏介質(zhì)中產(chǎn)生消失波，光波并不是絕對(duì)地在界面上被全反射回光密介質(zhì)，而是滲入光疏介質(zhì)大約一個(gè)波長(zhǎng)的深度，并沿著界面流過(guò)波長(zhǎng)量級(jí)距離重新返回光密介質(zhì)，沿著反射光方向射出。這個(gè)沿著光疏介質(zhì)表面流動(dòng)的波稱為倏逝波,金屬板中電子氣的位移,（上）金屬離子（+）位于“電子海洋”中（灰色背景），（下）電子集體向右移動(dòng),金屬表面等離子波,把金屬的價(jià)電子看成是均勻正電荷背景下運(yùn)動(dòng)的電子氣體，這實(shí)際上是一種等離子體。由于其電子系統(tǒng)集體振蕩形成了等離子波。,倏逝波（Evanescent Wave）,界面,光密 n1,光疏n2,全反射的光波會(huì)滲入光疏介質(zhì)約為一個(gè)波長(zhǎng)的深度，再沿界面流動(dòng)約半個(gè)波長(zhǎng)再返回光

5、密介質(zhì)。光的總能量沒(méi)有發(fā)生改變。這個(gè)沿著光疏介質(zhì)表面流動(dòng)的波稱為倏逝波,SPR光學(xué)原理,光在棱鏡與金屬膜表面上發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)，會(huì)形成倏逝波進(jìn)入到光疏介質(zhì)中，而在介質(zhì)（假設(shè)為金屬介質(zhì)）中又存在一定的等離子波。當(dāng)兩波相遇時(shí)可能會(huì)發(fā)生共振。,應(yīng)用,免疫測(cè)定 蛋白質(zhì)相互作用測(cè)定 抗體與抗原的反應(yīng)測(cè)定 DNA與蛋白質(zhì)相互作用分析,藥物篩選及鑒定 環(huán)境監(jiān)測(cè) 毒品與食品監(jiān)測(cè) 生物科技,SPR傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),免標(biāo)記檢測(cè)。SPR傳感技術(shù)對(duì)被測(cè)物質(zhì)的折射率非常敏感，它與熒光分析或ELISA檢測(cè)方法不同，省去了樣品純化和材料標(biāo)記等樣品準(zhǔn)備步驟，大大節(jié)省了額外的時(shí)間，并消除了標(biāo)記物對(duì)反應(yīng)造成干擾的可能性；另外，它可

6、以觀察每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)反應(yīng)的影響，而不像其他實(shí)驗(yàn)方法只能得到實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。 實(shí)時(shí)檢測(cè)。采用SPR傳感技術(shù)，反應(yīng)的進(jìn)展情況可以直接地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，這種對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟地實(shí)時(shí)反饋，加快了實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)和分析的速度。最為吸引人的是，SPR傳感技術(shù)可以對(duì)反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析，這是其他分析方法所無(wú)法比擬的。 無(wú)損傷檢測(cè)。SPR傳感技術(shù)是一種光學(xué)檢測(cè)方法，光線在傳感芯片表面被反射回來(lái)，并不與被測(cè)物接觸；由于光線并不是穿透樣品，甚至是混濁或不透明的樣品，也同樣可以進(jìn)行檢測(cè)。,實(shí)驗(yàn)原理,棱鏡式結(jié)構(gòu),理論計(jì)算公式,倏逝波強(qiáng)度表達(dá)式：,表面等離子體激元的波矢的模：,其中：,折射率與共振角之間的關(guān)系：,產(chǎn)生SPR現(xiàn)象的

7、條件：,實(shí)驗(yàn)儀器,29、激光器 30、光電探頭 31、偏振器 32、微調(diào)座 33、準(zhǔn)星（圖中未標(biāo)出） 34、敏感部件,數(shù)字功率計(jì),實(shí)驗(yàn)步驟,分光計(jì)和實(shí)驗(yàn)部件已安裝完成，無(wú)需重新調(diào)試 傳感中心調(diào)整 樣品測(cè)量讀數(shù),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,純水測(cè)量 無(wú)水乙醇測(cè)量 水與乙醇比例為1:1的溶液測(cè)量 不同濃度的羅丹明6G溶液測(cè)量(選做內(nèi)容）,數(shù)據(jù)記錄,數(shù)據(jù)處理,找出共振角 計(jì)算折射率,K9玻璃折射率 n=1.5163 水的折射率 n=1.3333,應(yīng)用舉例-LB膜測(cè)定,實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn),中心對(duì)準(zhǔn) 等高度調(diào)整 角度游標(biāo)設(shè)定和調(diào)整,【注意事項(xiàng)】,眼睛不要與激光對(duì)視 數(shù)字功率計(jì)在測(cè)量10分鐘前打開(kāi)預(yù)熱穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)束后立刻關(guān)閉 不能手碰光學(xué)元件的表面,【思考題】,測(cè)量液體折射率的方法你知道有幾種？具體說(shuō)明 什么是表面等離激元共振現(xiàn)象？ 什么是倏逝波？ SPR傳感技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？有哪些應(yīng)用？ 本實(shí)