光散射是广泛存在的自然现象。光散射测量（light scatterometry）在大气遥感和空气质量监测中早有应用，但使用范围还相对较窄。本书从分析化学的角度就几种重要的光散射现象从其研究的历史过程和主要论点做简要介绍，就弹性光散射光谱分析（elastic light scattering spectrometry）的产生和发展过程，在深入浅出介绍光散射相关理论的基础上，从光散射信号的测定开始，讨论不同颗粒体系的光散射光谱特征及其在生命和环境分析化学等领域的应用。本书是国内外首次提出将弹性光散射测量扩展到现代光谱分析化学的各个分支领域，这反映了弹性光散射信号在光谱分析特别是成像领域的应用前景。
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前言
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
彩图
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