准弹性光散射

[外文]：quasi-elastic light scattering

散射光场以入射光的频率ω0为中心而展宽的现象。在入射光交变电场的作用下，介质分子中诱导产生的偶极振子的振动频率应与原场的相同。实际上，质点不停地作布朗运动，自多普勒效应可知，对处于静止参考系中的观察者来说，运动着的振子辐射的次波频率与其运动速度有关。质点运动速度远低于光速，故这种频移的幅度很小。质点的运动有快有慢，频移也有分布范围。总起来讲，散射光场将以入射光的频率为中心而展宽，故称为准弹性光散射。

通常，展宽的散射光场的谱密度S(ω)呈洛伦兹型：

式中ω是散射光频率，Γ为频率展宽宽度，简称线宽，它和描述质点布朗运动强度的扩散系数D之间的关系为Γ＝D|K|2，式中K为散射矢量，其大小为。线宽与原场频率相比是非常小的，只有当单色性和相干性很好的激光出现后，利用光拍技术才能测量出线宽值（约102～104赫兹）。

也可以从时域来考察光散射。布朗运动使得散射体积中诸质点间的位相关系随时间不断地变化着，因此在观测处的散射光场随时间不断地涨落。通常用时间相关函数来统计描述随机涨落过程。实验中用相关仪直接测得散射光强的时间相关函数RI(τ)，式中τ是延迟时间。对单分散的稀溶胶或大分子溶液，归一化的RI(τ)与τ间有下述关系：

RI(τ)＝1+exp(-2Γτ)

以ln[RI(τ)-1]对τ作图得一直线，自斜率可确定扩散系数。同一物理量的谱密度与时间相关函数是傅里叶变换关系。

准弹性光散射是探测质点动态性质的重要手段，故也称动态光散射，其主要应用是能快速准确地测定溶液中大分子或胶体质点的平动扩散系数，从而可得出质点大小（流体力学半径）。它不仅具有不干扰、不破坏体系原有状态的优点，对于多分散体系，它还能提供关于质点大小分布的信息。

与经典光散射不同，动态光散射可研究与质点运动相关联的散射光强涨落过程，在一定条件下也可用于测定非球形质点的转动扩散系数，研究分子的构象变化(如螺旋体-线团转变) 、胶团的球-棒转变、双分子反应的动力学、肌肉收缩、电泳淌度等，所以它是一种很有用的研究方法。适用的质点粒度范围是几个纳米至 1微米，运动过程的时标是1微秒到1秒。

参考书目

B.J.Berne and R.Pecora， Dynamic Light Scatte-ring with Applications to Chemistry，Biology and Physics， John Wiley & Sons， New York， 1976.