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mgtswtzc金蟲 (小有名氣)
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[交流]
【交流】光散射，x射線散射，中子散射的區(qū)別與聯(lián)系 已有7人參與
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自從高分子物理群創(chuàng)建以來（詳情請參閱http://www.gaoyang168.com/bbs/viewthread.php?tid=2001904），近期在群內(nèi)討論了幾個比較有意義的話題，其中散射問題基本結(jié)束，下面將其中較有意義的幾點(diǎn)結(jié)論總結(jié)出來，希望能引起更多朋友的參與與討論 問題發(fā)起者：小柔（論壇id不詳） 參與討論著：子川（論壇id：cellulose1728 ），鳳凰（論壇id：mgtswtzc），川（論壇id不詳） 以下觀點(diǎn)基本上是按照群內(nèi)聊天的時間給出，順序沒有變化，目的是可以更好的看清問題與解答，并且在閱讀中會有一個比較清晰的思路，下面列出的觀點(diǎn)均出自群成員的解答，未作修改，僅供參考，如果您有不同的意見或者建議，希望可以在帖子中留言說明，相信真理越辯越明。 問題的給出：小柔 請教一個問題，光散射，x射線散射，中子散射有什么區(qū)別嗎？這些跟衍射又有什么區(qū)別或者是聯(lián)系嗎？ 川 看你想要得到哪方面的數(shù)據(jù)了，合理的選擇就可以了，我們一般都是用小角光散射和中子散射 子川 測試的方法都是一樣的。都是入射光打到樣品上，然后觀看散射光的pattern，通過傅里葉轉(zhuǎn)換得到樣品的結(jié)構(gòu)信息 當(dāng)光源是X射線和N中子的時候，光波波長遠(yuǎn)小于樣品的粒子的大小，發(fā)生瑞利散射。通過方程d=2pai/q，可以算出樣品尺寸。 當(dāng)光源是普通光的時候，理論部分比較復(fù)雜 。拿到的都是衍射環(huán)。方法是一樣的。區(qū)別就是光源不同。從測試樣品的尺寸選擇不同的光源。 小柔 現(xiàn)在國內(nèi)能做中子散射的地方多么? 川 不算多吧，太貴了，儀器 子川 上海有個新的吧，北京有一個，上海那個是三代半好像，傳說不錯。老的有幾個吧。 鳳凰 很支持提問這種高質(zhì)量的問題 。 我來說幾句，首先散射跟衍射其實(shí)本質(zhì)是一樣的，都隸屬于散射，但是對于通常的無定形樣品，由于內(nèi)部并不具備典型的長程序，因此導(dǎo)致散射圖像規(guī)律性并不明顯，衍射基本上可以算是有規(guī)散射，導(dǎo)致衍射花樣可以指標(biāo)化，所以對于晶體而言，借助衍射發(fā)展出一門新的學(xué)問，即晶體學(xué)，但是對于一般的固體（非晶或者是半晶），即便不具備長程有序，多半也具備近程序，因此導(dǎo)致衍射花樣中產(chǎn)生無定形的拱（20°左右），散射矢量與倒易矢量重合時產(chǎn)生衍射的必要條件，因?yàn)檫�存在系統(tǒng)消光 衍射就簡單說這么幾句 光散射，X-ray散射，中子散射在本質(zhì)上都是一樣的，可是他們的公式表達(dá)看起來很不一樣，原因就在于光散射發(fā)現(xiàn)的最早，當(dāng)時的散射方程全部是拿波動方程寫出來的，因此看起來很復(fù)雜 ，后來到了x光跟中子，由于傅里葉變換，矢量跟張量代數(shù)的引入，導(dǎo)致公式形式上簡化了，其實(shí)內(nèi)容并沒變，散射強(qiáng)度都可以看成是相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換 其實(shí)正如上面朋友提到的，區(qū)別之一在于光源不同，而光源不同會造成波長不同，因此看到的尺寸不同，比如在球晶生長過程中，開始尺寸很小，需要借助x射線，后來尺寸你比較大，可以采用光散射，如此而已 第二個區(qū)別我認(rèn)為更重要，那就是在于contrast的不同，即不同的散射看到的東西不一樣，光散射是去看極化率，即折光指數(shù)的差異，x光看的是電子密度漲落，而中子看的是原子核與內(nèi)層電子 因此呢，用x光不太容易研究輕元素，如H，但中子可以，而且可以研究同位素，這方面比較方便 子川 正解，constrast的問題忘了 小柔 弱弱的問一句，為什么輕元素不適合x光而適合中子 子川 是這樣的。由于X射線散射和中子散射 樣品 的對比度不同。 前者是電子密度差別，后者是看樣品和基質(zhì)之間的特殊散射長度。 所以，X射線可以用水溶液。 而中子一般用D2O，這樣樣品中的H就能被區(qū)分出來了。 鳳凰 子川過獎。 我開始已經(jīng)說了，x光看的是電子，輕元素中電子很少，x光很難探測出來，而且會由于形狀因子的存在，導(dǎo)致散射強(qiáng)度隨q的增加而迅速衰減（debye-waller factor，指數(shù)衰減項(xiàng)）。應(yīng)該說對于x光散射（或者衍射)而言,其散射強(qiáng)度應(yīng)該與原子序數(shù)成正比，但是對于中子而言，其不同的同位素對散射強(qiáng)度的貢獻(xiàn)很不一樣，這個是有數(shù)據(jù)可以查的，尤其是對于氫元素，其H與D的散射長度是反號的，因此造成了對輕元素檢測成為可能 子川 散射這個部分是博大精深的。需要實(shí)踐與理論相結(jié)合。 而且，理論部分現(xiàn)在也有缺陷，由于系統(tǒng)過于復(fù)雜 小柔 散射長度是負(fù)號？這個是什么意思？ 鳳凰 散射長度是負(fù)號，說明相角差了π 子川 簡單的說，一個圖像要有足夠的contrast才能看出來。比如說polymer solution。在顯微鏡就是一個均一的圖像。 對于中子散射，樣品的和溶劑的對比度是可以估計的，也就是說這個contrast可以算出來。鳳凰兄說的這個正負(fù)，就是計算中的contrast 小柔 那是不是就是說知道了contrast，就知道了樣品有多少了？ 子川 er，好像還不能定量。這個constrast是保證你能不能看到樣品，以及樣品和基質(zhì)之間的對比度是不是強(qiáng)烈。理論上，constrast夠了才能發(fā)生scattering，否則看不到東西。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，還有很多影響因素。 小柔 恩。。。明白了點(diǎn) 鳳凰 可以再給你說的深入一點(diǎn)，比方說我想研究一個大分子的吸附情況，如果說我用x光去做，這時候我拿一束光打在分子上，這時候散射亂七八糟，很難看到吸附了些什么，以及吸附在什么位置上（因?yàn)楸淮蠓肿幼陨�，即被背景掩蓋了），這時候如果我過來用中子，這時候我就可以去調(diào)，我把這個樣品用適當(dāng)?shù)腍：D比例來做，只要比例適當(dāng)，它的散射長度最后的summation就為0（或者趨近0），這時候我中子照在上面，什么也看不見，即背景被屏蔽了，這時候如果我用這種鏈去吸附的話，吸附好了，我再用中子去照，那這時候看到的，就只能看到吸附的靶點(diǎn)了，于是，吸附的物質(zhì)跟吸附點(diǎn)就完全清楚了 子川 這是高級用法啊！不過話說回來，polymer+surfactant好像都很不好做。我試著解釋一下，鳳凰的例子中想觀察的是 被吸附的粒子。 那么大分子以及溶液都是背景，都不是我們關(guān)心的。我們可以用調(diào)節(jié)constrast的方法，把大分子溶液調(diào)成均一顏色的溶液（比如說紅色），當(dāng)加入被吸附粒子（如綠色）的時候，就能很清楚的觀測到在 （紅色） 樣品 中 （綠色） 粒子的 位置 和分布。至于大分子是的位置和分布，是不能直接看到的。但可以通過結(jié)果估測。 鳳凰 正解 討論基本上到此結(jié)束，但是這僅僅是起到拋磚引玉的作用，希望能借此機(jī)會有更多的朋友參與到交流討論之中，把小木蟲真正引導(dǎo)成為一個專業(yè)的學(xué)術(shù)性論壇。 全文整理由鳳凰（mgtswtzc）完成，疏漏之處，請見諒。 [ Last edited by mgtswtzc on 2010-5-11 at 22:46 ] |
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2樓2010-05-12 09:47:42
lxpp
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3樓2010-05-12 16:33:31
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6樓2014-10-07 16:37:32
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7樓2018-03-28 02:45:35
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8樓2019-11-23 18:48:34
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