光散射方法是一種基於光散射現象的研究方法。光的散射是光傳播時因與物質中分子(原子)作用或因物質中存在的不均勻性(如懸浮微粒、密度起伏)而改變其光強的空間分布、偏振狀態或頻率的過程。主要套用到下列幾種散射現象：①由分子(原子)或線度遠小於光的波長的微粒產生的瑞利散射；②由線度較大的散射粒子(粒子線度接近于波長或大于波長)產生的大粒子散射；⑧因分子中原子的振動使電偶極矩周期變化而產生的喇曼散射；④因物質中存在以聲速傳播的壓強起伏而引起的布里淵散射；⑤流體物質接近臨界態時產生的散射。該法在物理、化學、氣象等許多方面的研究中得到廣泛套用。
基本介紹
- 中文名：光散射方法
- 外文名：Light scattering method
- 釋義：基於光散射現象的研究方法
- 作用：獲得其內部結構狀況的信息
- 特點：適合於較大尺寸結構的研究
- 套用：高聚物的結晶形態
光散射的基本簡介,特點,儀器設備,光散射方法在高聚物研究中的套用,
光散射的基本簡介
高聚物的光散射方法就是利用高聚物對光的散射現象來獲得其內部結構狀況的信息。在通常的研究中，散射光往往集中在很小的散射角範圍內，例如小於5°或10°，因此這一方法亦被稱作小角光散射(Small Angle Light Scattering，或簡稱SALS)方法。但在實際中並不絕對地局限於很小的角度，角度範圍取決於所用樣品和所研究的問題。
光波在物體中的散射是一個內容十分廣闊的領域。SALS方法只限於高聚物在可見光範圍內的Rayleigh散射，也就是由於物體內極化率或折射率的不均一性引起的彈性散射。散射光的頻率和入射光的頻率是完全相同的。
特點
在進行小角光散射研究時，把樣品放在一個偏振系統中，調整起偏鏡和檢偏鏡的相對取向以獲得全面的散射信息。經常採用的散射方式有兩種，即檢偏鏡和起偏鏡的方向相互平行和相互垂直兩種狀況。前者叫Vv散射，檢測到的是偏振方向與入射光的偏振方向相同的那部分散射；後者是Hv散射，它反映的是偏振方向與入射光的偏振方向垂直的那部分散射。對有巨觀取向的樣品還可以改變樣品與偏振系統的相對取向，進行Hh和Vh散射方式的研究。
SALS方法的特點是適合於較大尺寸結構的研究，這從研究高聚物結構與性能關係的角度來說是很有用的。這是因為一些對巨觀物理性能響較大影響的形態結構如球晶結構和微區結構等，其尺寸大小往往在微米數量級，它們一般也有足夠的極化率(或折射率)反差，因此使用SALS方法進行研究是非常合適的。此外，與其他方法相比，SALS方法在設備上可簡可繁，所需的費用一般是較低的，因此比較容易推廣套用。
儀器設備
SALS方法所用的儀器裝置通常由光源、偏振系統、樣品台和記錄系統組成。
儀器設備目前一般採用雷射器做光源，例如小型的He-Ne氣體雷射器(6328埃)即可適用。可採用偏振片作起偏鏡和檢偏鏡，它們應能分別繞入射光方向轉動調節以適應Vv、Hv等不同條件下的測量。為了保證能在足夠大的散射角範圍內進行工作，檢偏鏡的尺寸應儘可能大些(例如直徑達8cm)。樣品台一般與顯微鏡所用的載物台相似，保證樣台可方便地做二維的平移和轉動。必要時還可傾斜，做非垂直入射條件下的研究。
光散射方法在高聚物研究中的套用
①高聚物的結晶形態
由於用模型法處理球晶的散射獲得很大成功，加以球晶是結晶性高聚物中極為普遍和重要的形態結構，因此對球晶結構的表征和研究是應角SALS方法最為廣泛的一個方面。
在許多工作中人們用SALS方法測定球晶的大小以研究各種因素，諸如加工歷史、高聚物的相對分子質量、成核劑和結晶條件等對球晶生長的影響。
近年來在不少工作中人們用SALS方法研究了共混物，共聚物體系中結晶性組分的結晶過程和形態。對多嵌段共聚物研究發現，在結晶組分的鏈段平均長度是2～3個單體單元的情況下它們仍能結晶並形成球晶結構，並給出典型的球晶散射圖像。對這些體系來說影響結晶形態的一個重要因素是組分間微相分離速度和結晶性組分結晶速率的比值。比值越大，越易於生成大的結晶結構。
共混物中另一組分的存在對結晶形態是會有影響的，對於二組分均可結晶的共混高聚物，往往由於組分間不易區別而造成結構形態表征的困難，而光散射法則有時可以發揮它特有的長處。
根據球晶散射理論還可以由散射結果來獲得球晶內體元光軸取向狀況的資料，從而有助於判斷球晶內分子鏈的堆砌方式。
球晶內晶片螺旋狀扭轉生長形成的環狀結構也可以用光散射方法來表征。這時在較大的散射角位置上可以看到衍射環。利用Bragg公式可以定出環狀結構的螺距。
不少高聚物在一定條件下會形成大小達到光波波長尺寸的棒狀結晶結構，可以用光散射方法加以研究。
②形變過程的研究
高分子材料受到拉伸形變時，球晶結構的變化合影響散射圖像，因此可以用散射方法研究球晶的變形。可以用光散射方法研究應力誘導結晶或取向狀態下結晶時的形態結構。
③非晶態高聚物
同樣可用光散射方法研究非晶態高聚物的結構狀況。橡膠的性能除取決於交聯點的密度外，還和交聯點是否均勻分布有很大關係，但後者很難從實際測量中獲得。可用光散射方法來表征這種交聯網結構上的不均勻性。為了增加反差，先以溶劑使試樣溶脹，溶劑和高聚物的折射率應有很大差別。交聯點密度不同的區域溶脹程度不同，從而形成具有較大折射率反差的微區結構。測定樣品由於溶脹引起的多餘散射光強，可用統計理論得到表征樣品結構不均一性的尺寸大小和交聯點密度的均方起伏。對一些不同平均交聯點密度的聚丁二烯樣品用苯溶脹後測定V。散射，得出交聯點密度起伏的相關距離在5000埃左右，而相對均方起伏則隨交聯程度的增加而增大。
④高分子液晶
液晶中往往存在一些光波波長尺寸範圍的有序微區，因此亦可用光散射方法加以研究。SALS方法對研究液晶的相態轉變是一種很靈敏有效的手段。除合成高分子外，生物高分子溶液往往能形成液晶。例如脫氧核糖核酸(DNA)的水溶液在濃度較大時即呈現明顯的液晶行為。散射圖像表明，液晶中存在著光波波長尺寸的各向異性棒狀微區結構。DNA溶液能生成液晶是因為分子鏈在溶液中形成雙分子螺旋構象的緣故。光散射結果也表明，電離輻射和加熱等破壞雙分子螺旋構象的因素均能使其液晶的有序程度下降。
