表面等离子体共振原理及应用实用教案

1、一、表面(biomin)等离子体的产生 Surface Plasmon Resonance , SPR 第1页/共12页第一页，共13页。除电子以外，用电磁波，如光波，也能激发表面等离子体振动。二十世纪初，除电子以外，用电磁波，如光波，也能激发表面等离子体振动。二十世纪初，Wood 首次首次描述了衍射光栅的反常衍射现象描述了衍射光栅的反常衍射现象(xinxing)，这实际上就是由于光波激发了表面等离子体振动，这实际上就是由于光波激发了表面等离子体振动所致。六十年代晚期，所致。六十年代晚期，Kretschmann 和和Otto采用棱镜耦合的全内反射方法，实现了用光波激发采用棱镜耦合的全内反射方法

2、，实现了用光波激发表面等离子体振动，为表面等离子体振动，为SPR技术的应用起了巨大的推动作用。他们的实验方法简单而巧妙，仍技术的应用起了巨大的推动作用。他们的实验方法简单而巧妙，仍然是目前然是目前SPR装置上应用最为广泛的技术。装置上应用最为广泛的技术。(A) Kretschman (B) OttoPrism gMetal mSample s0kevkspxzPrism gSample sMetal m0kevksp第2页/共12页第二页，共13页。棱镜棱镜(lngjng)(lngjng)耦合耦合 棱镜是棱镜是SPRSPR研究中应用最为广泛的光学耦合器件。棱镜由高折射率的非吸研究中应用最为广泛

3、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，其底部镀有厚度为收性的光学材料构成，其底部镀有厚度为50nm50nm左右的高反射率的金属薄膜（一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。在般为金或银），膜下面是电介质。在SPRSPR传感器中，该电介质即为待测样品。传感器中，该电介质即为待测样品。由光源发出的由光源发出的p-p-偏振光以一定的角度偏振光以一定的角度00入射到棱镜中，在棱镜与金属的界面入射到棱镜中，在棱镜与金属的界面处将发生反射和折射。当处将发生反射和折射。当00大于临界角大于临界角cc时，光线将发生全内反射，即全部时，光线将发生全内反射，即全部返回到棱镜中

4、，然后，从棱镜的另一个侧面折射出去。这里入射光应当用返回到棱镜中，然后，从棱镜的另一个侧面折射出去。这里入射光应当用p-p-偏偏振光，因为其电场分量振光，因为其电场分量(fn ling)(fn ling)与界面垂直，这与表面等离子体波的情与界面垂直，这与表面等离子体波的情况一致。况一致。 第3页/共12页第三页，共13页。典型(dinxng)的SPR光谱 Wavelength / nm620640660680700720Reflectance0.60.70.80.91.0第4页/共12页第四页，共13页。二、 SPR传感器概念(ginin)第5页/共12页第五页，共13页。4种检测种检测(ji

5、n c)方式方式1.1.角度调制：固定(gdng)in(gdng)in，改变inin2.2.波长调制：固定(gdng)in (gdng)in ，改变inin3.3.强度调制：固定(gdng)in (gdng)in 、inin，改变光强4.4.相位调制：固定(gdng)in (gdng)in 、inin，测相差第6页/共12页第六页，共13页。三、典型(dinxng)SPR传感器及其应用第7页/共12页第七页，共13页。ComputerPrismL C P DG CCDAuBSample inSample outGlass slideAu filmPrism0.1mmL：卤钨灯；：卤钨灯；C：平

6、行：平行(pngxng)光管；光管；P：偏振片；：偏振片；D：光阑；：光阑；G：光栅；：光栅；B：玻片：玻片基于波长(bchng)调制的SPR传感器装置第8页/共12页第八页，共13页。基于角度调制(tiozh)的SPR传感装置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(huzh)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。第9页/共12页第九页，共13页。Biacore 2000Dimensions: 760 x 350 x 610 mmNet Weight: 50 kgSpreeta 2000典型典型(dinxng)仪器仪器第10页/共12页第十页，共13页。相位(xingwi)调制第11页/共12页第十一页，共13页。感谢您的观看(gunkn)！第12页/共12页第十二页，共13页。NoImage内容(nirng)总结一、表面等离子体的产生。二十世纪初，Wood 首次描述了衍射光栅的反常衍射现象，这实际上就是(jish)由于光波激发了表面等离子体振动所致。他们的实验方法简单而巧妙，仍然是目前SPR装置上应用最为广泛的技术。这里入射光