燃油发动机的尾气成分检测对于发动机的状态判断、 环境污染监测等具有重要参考价值。 选择以95号汽油为燃料的除草机的发动机作为实验样机, 将发动机排出的尾气直接吹向拉曼积分球光谱仪信号采集焦点, 利用拉曼积分球光谱仪较高的气体检测限和定性、 定量检测所有分子类气体的特点, 对尾气中的气体分子成分进行检测。 探测到尾气的气体成分主要包括N2、 O2、 CO2、 CO、 未燃烧的汽油等。 以氮气振动(2 331 cm-1)的拉曼特征峰强度作为标准, 对O2(1 553 cm-1)、 CO2(1 285和1 388 cm-1)、 CO(2 144 cm-1)、 未燃烧的汽油(2 894 cm-1)的拉曼光谱强度进行归一化处理, 获得其相对拉曼特征峰强度。 对比发现, 空气和汽油挥发混合气的光谱中均未出现CO的特征峰, 汽油挥发混合气中的O2、 CO2含量与空气相比也没有明显变化, 而CO2费米共振峰1 388和1 285 cm-1拉曼特征峰的相对强度比发生变化。 除草机工作状态分为怠速、 一档和二档, 处于工作状态时, 尾气成分中的O2含量均比空气中含量低, 可以定量分析发动机工作过程中消耗的O2量。 而燃油发动机从怠速加速到一档和二档的过程中, 尾气中O2含量相对增加。 这是由于发动机档位的提升伴随着空气的进气量增大, 则参与发动机燃烧的氧气比例相对减少。 与此同时, 尾气中CO2含量相比于空气中的含量急剧增加, 说明燃油发动机工作过程会产生大量的CO2, 且随着档位的提升, 发动机的动力增加, 尾气中CO2比例也逐渐增高。 CO2作为导致温室效应的主要原因, 化石燃料的使用也是其主要来源之一。 数据显示尾气中CO的含量与尾气中汽油的含量成正相关, 说明燃烧不充分的时候, 汽油剩余较多, CO作为不充分燃烧的产物, 其含量也会增加。 随着发动机档位的增加, N2特征峰的绝对强度降低, 这是因为发动机尾气温度升高, 造成氮气的斯托克斯散射强度降低。 利用拉曼积分球光谱仪对不同状态下发动机尾气成分的变化进行分析, 并初步建立发动机状态与气体浓度变化的关系。 对拉曼积分球技术应用于燃油发动机尾气检测进行了初步探索并验证了其可行性。

常规的农药残留检测一般存在前处理操作复杂, 耗时较长, 方法不够灵敏等问题。 根据氨基与茚三酮显色原理和局域表面等离子体共振(LSPR)增强光吸收原理, 利用紫外-可见吸收光谱对水样品中草甘膦含量进行定量分析, 并利用密度泛函理论进一步分析了显色的类似罗曼紫产物的光吸收增强机理。 草甘膦与茚三酮在钼酸钠催化下反应生成类似罗曼紫产物; 该物质在紫外–可见吸收光谱570 nm处有最大吸收峰, 当其吸附在银纳米粒子(Ag NPs)表面上时, 最大吸收峰蓝移至568 nm处, 同时吸收强度显著提高; 本研究中检出限为2.017 4×10-11 mol·L-1, 显著低于文献中约6.5×10-7 mol·L-1的检出限。 Gaussian 09软件计算得出, 类似罗曼紫产物经由茚三酮的CO基团垂直吸附在Ag NPs表面, 静电势表明茚三酮的CO基团优先与Ag稳定相互作用并形成Ag-O键, CO基团和C-N基团构成了π键共轭系统; 连接草甘膦和茚三酮之间的C-N键是类似罗曼紫产物的生色团。 因此, 茚三酮衍生法可用于间接检测水样品中草甘膦, 银纳米粒子LSPR效应增强了光吸收强度, 比常规方法具有更高的灵敏度。

近年来兴起的新型金属卤化物钙钛矿材料兼具无机和有机发光材料的诸多优点，如可利用溶液法大面积制备、带隙易调控、载流子迁移率高、荧光量子效率高等，有望突破传统半导体光电材料的技术瓶颈。钙钛矿发光二极管被认为是最有潜力实现低成本、高亮度、大面积、可柔性化的下一代发光与显示技术。本文主要介绍了王建浦团队在钙钛矿发光领域取得的研究成果，总结了提升钙钛矿发光二极管性能的主要策略，并对钙钛矿发光二极管的未来发展方向进行了展望。

微流控芯片系统具有高效率、低损耗、高安全系数、高灵敏度等优势,表面增强拉曼散射(SERS)光谱具有灵敏度高以及指纹效应强等优点。从两方面对微流控拉曼检测芯片进行综述:微流控芯片通道和SERS基底的制备以及微流控拉曼检测芯片的集成与应用。最后讨论了SERS微流控芯片在便携化应用方面的挑战和机遇,并对整个领域的未来发展方向与前景进行了展望。

拉曼积分球由光散射共焦激发收集系统和四直角反射镜增光程系统组成。光散射共焦激发收集系统由N套共焦点的拉曼散射信号收集光具组组成, 可以将散射向共焦点的光具组的拉曼信号收集后集中传输向一个方向, 提高拉曼散射信号收集立体角度N倍; 四直角反射镜增光程系统由4个直角反射镜组成, 将激发光形成互相平行的空间立体光路, 并且经收集光具组聚焦于光散射共焦激发收集系统的焦点, 从而提高激发光功率的使用效率。应用于气体检测可以实现对气体分子的多成分、低浓度、原位、快速、无损、无接触的定性、定量分析。

拉曼光谱作为一种激发光谱, 采用激光作为激发光源, 在气体检测中可以激发所有气体分子的拉曼信号。 由于气体的分子密度低、 透光度高、 拉曼散射截面小, 导致激发光能量的利用效率低； 拉曼信号散射向四周立体空间而常规收集方法只能收集较小的空间立体角, 从而造成检测限较差而不能广泛应用于气体的检测。 提出了一种拉曼直角反射共焦腔用来提高气体等透明样品的拉曼检测的检测灵敏度。 拉曼直角反射共焦腔利用直角反射镜将入射光反射回原方向但是光路具有空间偏移的特点, 采用两个相对放置、 互相平行的直角反射镜, 将光束直径为0.7 mm的激光在工作直径为25.4 mm的共焦腔内10次来回反射, 并采用共焦点相对放置的两个透镜将激发光聚焦到焦点, 从而提高激发光能量的使用效率。 拉曼散射向激光传输方向的信号被直角反射镜反射向原方向, 经过透镜聚焦到焦点后和拉曼散射向激光入射方向的信号一起经过长通滤光片后传输向拉曼光谱仪, 从而提高了拉曼散射信号的收集效率。 以空气作为测试对象进行实验, 300 s内可以获得清晰的CO2的拉曼光谱和N2, O2的精细拉曼光谱并对其强度比进行了分析, 其中N2的2 332 cm-1, O2的1 557 cm-1, CO2的1 388 cm-1的拉曼峰的峰高比是785∶257∶1。 拉曼直角反射共焦腔在常规拉曼散射激发收集光路的基础上增加了两个直角反射镜和一个聚焦镜, 具有体积小, 结构简单, 易于调节的特点。 拉曼散射向周围空间的信号强度分布与入射光的入射方向有关, 在沿入射光方向及其相反方向散射信号强度最大, 拉曼直角反射共焦腔设计的收集散射信号的角度与散射信号强度分布最强方向一致, 并且利用了光学景深的优势, 最大化的提高了拉曼散射信号收集效率。 拉曼直角反射镜腔可以拓展拉曼光谱技术在气体检测中的应用, 例如用于气相化学反应的原位监控、 发动机燃烧过程及排放物检测、 未知污染物气体分析等气体成分复杂的领域。

散射相函数是研究电磁波传输特性的重要参数, 直接影响电磁波传输方程的简化程度和解的精度。 基于电磁散射与辐射传输中的基本理论, 对非球形粒子散射相函数的经验公式进行了研究。 为了很好的模拟非球形粒子的后向散射峰值, 提高辐射传输方程的简化程度和解的精度, 提出了一种新的相函数经验公式。 分析新的相函数对非球形粒子的适用性, 以单个沙尘性气溶胶为例, 计算了不同形状粒子的Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数随角度的变化, 并与T矩阵法的计算结果进行了对比, 发现椭球形粒子的长短轴比和有限长圆柱形粒子的径长比大于0.5时, 新的相函数在大角度后向散射部分与T矩阵法的吻合程度较高。 考虑波长变化, 对比了尺寸谱满足对数正态分布的四种气溶胶粒子的Henyey-Greenstein*相函数和新的相函数与T矩阵法的计算结果。 研究表明, 对于椭球形粒子和有限长圆柱形粒子, 在大角度（大于90°）后向散射部分, 除了0.694时的椭球形海洋性气溶胶, 新的相函数均方根差较小的占100%, 证明了新的相函数可以较好的模拟非球形粒子的后向散射特征。 新的相函数对准确模拟辐射传输过程具有重要意义。