偏振图像比传统图像包含更为丰富的来自物体表面及浅表信息, 因此可通过获取皮肤异常区与正常区的偏振信息进行皮肤状态的检测与评估。本项目搭建多波段激光照明式皮肤偏振成像系统, 开展了蓝绿红三波段偏振激光照明下的正常皮肤、色素沉积皮肤和炎症皮肤的激光偏振成像实验。主要结果: 1)488 nm蓝光和520 nm绿光激光照明下, 色素沉积区、炎症区和正常皮肤区的偏振度数据有明显差异; 2)660 nm红光激光照明下, 色素沉积区和正常皮肤区有明显差异, 但炎症区和正常皮肤区数据接近; 3)针对色素沉积区的三波长激光偏振图像信息比较相似。综合分析表明: 在绿激光照明下获得模拟皮肤的偏振图像与偏振度数据, 较容易区分正常皮肤与色素沉积及炎症皮肤区域之间的界面与差异; 色素沉积区域偏振图像更为相似, 表现为皮下同一深度信息; 炎症区域偏振图像差异性大, 为不同深度下皮肤的偏振信息。

用油细胞原位拉曼光谱检测方法，直接获得了白兰花、深山含笑、黄花含笑油细胞的拉曼光谱，通过分析研究得出其主要挥发物。白兰花盛花油细胞中的主要挥发物为：芳樟醇、β-蒎烯、没药醇、香芹酮、α-松油烯、β-榄香烯。深山含笑盛花、花蕾油细胞中的主要挥发物为：甲氧基肉桂酸乙酯、对伞花烃、香茅醇。黄花含笑小花蕾、花蕾、盛花油细胞中的主要挥发物为：香芹酮、α-蒎烯、β-蒎烯、反式-反式-金合欢醇；对伞花烃、甲氧基肉桂酸乙酯、反式-反式-金合欢醇；甲氧基肉桂酸乙酯、反式-反式-金合欢醇。

局域表面等离子共振不仅可以扩宽材料的光谱响应范围, 还可以增强局部电场从而使待测分子的拉曼信号增强, 在生命科学领域发挥着重要作用。本文建立了单个金纳米颗粒(gold nanoparticle, AuNP)和双个金纳米颗粒在全血环境中的模型, 并采用三维有限元方法系统地研究颗粒尺寸、间隙以及全血消光系数对金纳米颗粒近场增强的影响。研究表明, 在全血环境单个AuNP模型中, 随着颗粒尺寸增大, 共振峰红移。当颗粒尺寸为80 nm时, 局部电场最大。相比于空气介质, 在全血介质中的AuNP共振峰红移并且局域电场增强。全血的消光系数对局部电场的影响非常小, 局部电场增强差异小于0.1 V/m。在全血环境双个AuNPs模型中, 随着两颗粒间距减小, 共振峰蓝移且局域电场明显增强。当两颗粒间距为1 nm时, 拉曼增强因子可高达1011。该研究为全血环境中药物分子和生物标志物的表面增强拉曼散射灵敏性检测实验提供一定的理论指导。

胆酸钠相较于常规表面活性剂有着特殊的自组装行为, 这是由于胆酸钠具有独特的刚性类固醇骨架以及双亲面式结构导致的。通过小角X射线散射并辅以等温滴定量热实验、Zeta电位测量对胆酸钠的自组装行为进行表征, 发现了胆酸钠受浓度变化影响的自组装行为发生变化以及胆酸钠自组装体存在最大尺寸。分析讨论了导致自组装行为变化的两种驱动方式, 即疏水作用驱动的结合方式与分子间羟基形成氢键的结合方式, 并发现在20 mg/mL浓度范围时, 两种驱动方式达到平衡, 随着浓度进一步升高, 逐渐变为以分子间羟基形成氢键的驱动方式为主导。通过对小角X射线散射结果进行模型拟合分析, 得出具体的胆酸钠形貌尺寸信息, 胆酸钠自组装体长轴半径在13.5~41.2之间, 短轴半径在9.6~11.4 之间, 达到40 mg/mL浓度范围时, 胆酸钠自组装体达到最大尺寸不再继续增大。

文章通过数值模拟系统地研究了单个金纳米长方体颗粒和金纳米长方体阵列的折射率传感性能。结果表明, 四极共振的半峰全宽远小于偶极共振的半峰全宽。当纳米颗粒的边界变得尖锐时, 四极共振的共振波长会发生“红移”, 其折射率灵敏度和品质因子也会显著增加。金纳米长方体阵列的四极共振折射率传感性能(S≈787.72 nm /RIU, FOM≈13.82)优于单个颗粒的传感性能。等离子体四极共振在金纳米长方体阵列中的高灵敏度、大FOM和优异的稳定性使其在生物传感器领域具有潜在的应用前景。

对二甲苯吸附塔进料液主要由乙苯(EB)、对二甲苯(PX)、间二甲苯(MX)、邻二甲苯(OX)和其它非芳烃组分(记为NA)构成, 其中NA占3~10%左右。然而, 由于NA本身是一类烷烃类混合物, 具体构成未知, 所以是进料液在线分析中的难点。为此, 本文提出了一种基于分段拉曼光谱分解的进料液成分分析方法。针对对象特性, 选取两段特征光谱。对于特征谱段650~900 cm-1, 认为NA光谱分量可忽略, 基于直接光谱分析算法分解得到了四种主要芳烃组分的峰面积; 而在1350~1550 cm-1段, NA光谱分量较大, 本文引入结合洛伦兹函数的拉曼光谱自动分解算法, 可分解得到用洛伦兹谱峰拟合的NA组分的峰面积。最后, 基于训练样品各组分的峰面积和浓度建立光谱定量分析模型。实验结果表明: 对于NA含量, 标准预测误差为0.242%, 复相关系数达到0.993, 本方法的预测精度显著高于PLS算法与直接光谱分解法, 富有实际应用价值。

采用DFT和TD-DFT方法研究了取代基对meso-四苯基卟啉(H2TPP)的八种衍生物几何结构, 振动频率及电子光谱的相关影响。研究发现在四个苯环上引入各种取代基后, 只有衍生物8受到了较轻微的影响, 总体而言对卟啉环的中心结构造成变形较小, 主要影响的是Cm原子。由于衍生物8具有甲氧基亚氨基这种强的电子给体基团, 其HOMO和LUMO能级显著增加, 前线轨道能隙值降低到4.49eV, 提高了Q带(500～750nm)的强度, 电子从取代基到卟啉环上的转移会产生持续的紫外至红外吸收光谱, 因此该衍生物在太阳能电池中可作为高效的卟啉类感光剂。

以商业化蝴蝶翅膀为衬底,采用真空热蒸发技术沉积银薄膜,制备银薄膜/蝶翅基底。结合X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了银薄膜/蝶翅的微观结构及表面形貌。选择罗丹明6G(R6G)为探针分子,对不同品种蝶翅/银薄膜基底的表面增强拉曼散射(SERS)活性进行研究。半定量分析了R6G溶液浓度和银薄膜厚度对基底SERS性能的影响。分别在银薄膜/枯叶蝶和银薄膜/太阳蛾基底表面随机选取十二个不同位置,特征峰604、1349和1507 cm-1处强度的相对标准偏差值分别为5.30%、6.86%、5.58%和4.36%、3.21%、3.35%,表明银薄膜/蝶翅基底表面具有良好的均匀性。

不同的生物样本和切片,在进行拉曼探测时,会因为聚焦位置的差异及系统自身的原因导致同一光谱多次检测得到的信号强度不同,难以作定量分析。因此,需要找到一种可行性强的内标或外标的方法,从而有利于比较分析不同强度的拉曼带,实现定量检测。本文以犬类髋关节软骨切片为例,在偏振与非偏振情况下,研究标准正态变换(SNV)及多元散射校正(MSC)等常用方法对拉曼光谱的处理效果,并探究伊红染色剂(Eosin)作为一种新的内标的实际使用效果。结果发现:在非偏振条件下,MSC处理效果更理想；在偏振条件下,以伊红的特征峰1501 cm-1作为拉曼内标效果更理想。本研究证明了伊红的拉曼光谱不具有各向异性,有利于实现生物组织偏振拉曼光谱测量的归一化,且操作简单,结果更可靠。本文的结果为生物样本的拉曼光谱定量分析提供了一种可行的新方法。

本研究对在模拟古书画载体上的石青、石绿、朱砂、雌黄、雄黄五种矿物颜料进行紫外光老化,分析试样老化前后的色差变化,并结合视频显微镜和显微激光拉曼光谱仪对试样进行观察和检测。研究结果显示,雄黄样品受紫外光照射后色差迅速发生变化,老化271小时后,色差达到25以上,样品发生了褪色,说明雄黄颜料在紫外光照射下稳定性差。激光拉曼光谱检测发现,雄黄样品在受到紫外线照射后逐步转化成了拟雄黄从而产生了褪色现象。与雄黄相比,其他矿物颜料样品石青、石绿、朱砂和雌黄在此次老化过程中色差变化较小,其拉曼光谱在老化前后也未发生明显变化。