光学 精密工程
2023, 31(19): 2809
为了进一步探索高阶和分数阶涡旋光的高效产生方法, 利用相关计算程序模拟了涡旋光相位全息图, 搭建了相位全息法产生涡旋光的光路, 研究了整数和分数阶涡旋光的光场分布特点。实验结果表明: 当产生轨道角动量拓扑荷数l=1~200整数阶的涡旋光时, 涡旋光束图的中心暗斑在一定范围内会随拓扑荷数的增大而增大, 超过一定数值范围后, 受限于仪器参数的涡旋光质量会降低; 当产生l=8.1、8.4、8.8分数阶的涡旋光时, 涡旋光相位出现分数分布, 径向缺口随分数阶拓扑荷数增大而逐渐向整数阶演化。
涡旋光束 轨道角动量 相位全息图 螺旋相位 空间光调制器 vortex beam, orbital angular momentum, phase holog
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
柔性反射式电致变色器件在电子纸显示、伪装、智能变色表面等领域应用前景广阔，但仍存在柔性差、对比度低、稳定性不佳等问题。本工作采用电子束蒸发法在玻璃和柔性PET衬底上制备了Cr/Ag/WO3（CAW）结构无铟反射式电致变色薄膜。CAW薄膜具有高反射率和低面电阻，其可见光平均反射率高达89.1%，面电阻仅为1.2 Ω/□。在电致变色性能方面，CAW薄膜展示出快着色及褪色响应时间（分别为9.3 s和2.0 s）、高达83.0%（564 nm）的反射光学对比度、大范围的反射颜色调节（> 40 nm）和良好的电化学循环稳定性（>4 500 次）。此外，CAW薄膜具有良好的衬底兼容性，我们制备了柔性CAW薄膜并组装了图案化柔性电致变色器件，柔性薄膜在弯折2 000次后性质基本无衰减，对比度达83.2%（574 nm），器件在不同电压作用下实现了丰富的反射颜色动态调控。这些结果将为高性能柔性反射式电致变色器件构建提供简单有效的指导，在新型显示技术领域有一定应用潜力。
电致变色 WO3 无铟 柔性 反射 electrochromic WO3 indium-free flexibility reflection
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 吉林大学 数学学院，吉林 长春 130012
WO3是理想的无机电致变色材料，其电致变色机制是在电压作用下发生可逆的氧化还原反应，并伴随着电解质离子在材料内部的嵌入和脱出。本文研究了含有Li+、Zn2+、Al3+的三种水系电解质对无定形WO3电致变色性能的影响。结果表明，当以Al3+作为嵌入离子时，WO3获得了最好的电致变色性能，包括快响应速度（着色响应时间2.8 s，褪色响应时间1.1 s）、大光学对比度（700 nm处达83.4%）、优异的循环稳定性（连续循环 1 000次仅衰减2.8%）、高着色效率（74.7 cm2·C-1），其综合性能在已报道的WO3电致变色器件中处于较高水平。机制研究发现，Al3+水系电解质溶液中性能的提升得益于快速的离子传输动力学。这些结果将为高性能电致变色器件构建和电解质优选提供简单有效的指导。
电致变色 WO3 水系电解质 稳定性 无定形 electrochromic WO3 aqueous electrolytes stability amorphous
1 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心, 安徽合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽合肥 230026
3 中国科学院合肥肿瘤医院, 安徽合肥 230031
本文利用表面增强拉曼光谱技术(SERS)实现了抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶(5-FU)的灵敏检测。通过种子生长法制备不同粒径的银纳米颗粒(Ag NPs), 利用结晶紫(CV)作为探针分子评估基底的增强能力。将优化的Ag NPs作为SERS基底, 结合便携式拉曼光谱仪器, 对不同浓度的5-氟尿嘧啶(5-FU)标准溶液进行检测, 考察其检测限。最终利用标准加入法测定人体血清中5-FU。通过有机相沉淀去除蛋白质, 降低检测干扰。结果表明, 血清中5-FU检测限为3.125 μg/mL。
抗肿瘤药物 5-氟尿嘧啶 表面增强拉曼光谱 银纳米颗粒 antineoplastic drugs 5-FU SERS Ag NPs
浙江工业大学化学工程学院, 绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地, 浙江 杭州 310032
将具有拉曼信号的三氢-吲哚菁类（Cy3）染料分子标记农药核酸适配体（Aptamer）制备成拉曼检测试剂（Cy3-aptamer）, 对痕量啶虫脒进行了特异性的表面增强拉曼光谱法（SERS）检测研究。 考虑到胶体的稳定和聚凝作用原理, 采用聚丙烯酸钠作为分散剂, 使作为SERS检测基底材料的银溶胶带负电荷, 获得了良好的稳定性和分散性。 由于聚丙烯酸钠分散的银溶胶为负电平衡体系, 测试时需采用聚沉剂, 使具有较高稳定性的银纳米颗粒团聚, 形成SERS增强热点, 从而提高SERS检测信号。 以SERS信号较弱的啶虫脒为探针, 考察了银溶胶中加入不同聚沉剂（NaCl, KCl, NaOH, HNO3, H3PO4, H2SO4, HCl）对SERS信号的影响, 实验结果表明, H+作为阳离子和PO3-4作为阴离子组成的电解质聚沉剂, 对于带有一定负电荷σ-基团分子, 具有较好的拉曼增强效应。 且通过紫外可见分光光谱, 进一步说明了表面电荷性质对SERS的增强信号起决定作用。 又由于Cy3-aptamer磷酸骨架上带有大量负电荷, 其SERS信号较小。 故选择带丰富正电荷的精胺分子以消除Cy3-aptamer磷酸骨架上的负电荷, 使Cy3-aptemer更易吸附于银溶胶表面, 使其产生较强的SERS光谱。 此外, 考察选择了精胺与Cy3-aptamer以及Cy3-aptamer与农药啶虫脒的最佳反应结合时间分别为5和20 min。 最后, 建立了定量检测农药啶虫脒的方法, 并对检测机理进行了探讨。 研究表明, 农药啶虫脒在适配体银溶胶特效探针上于1 392 cm-1处的SERS特征峰面积与水的OH伸缩振动峰面积组成相对拉曼峰面积强度, 其相对强度与啶虫脒浓度的对数具有良好的负线性关系, 浓度范围为1×10-8～2.5×10-7 mol·L-1。 将所建立的特效检测啶虫脒的方法用于实际水样的检测, 回收率为97.4%～99.4%。 结果表明, 所提出的聚丙烯酸钠分散及精胺修饰的银溶胶有利于捕获Cy3-aptamer及其Cy3-aptamer与啶虫脒的反应物, 提高了方法的灵敏度与可靠性。
表面增强拉曼光谱 核酸适配体 银溶胶 啶虫脒 聚丙烯酸钠 精胺 Surface-enhanced Raman scattering Aptamer Silver colloid Acetamiprid Sodium polyacrylate Spermine 光谱学与光谱分析
2020, 40(8): 2462
1 安徽中医药大学研究生院, 安徽 合肥 230012
2 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥 230031
3 安徽中医药大学针灸推拿学院, 安徽 合肥 230012
4 安徽省中医药科学院针灸经络研究所, 安徽 合肥 230038
通过比较分析正常大鼠与膝骨关节炎模型（KOA）大鼠血清、 膝关节肌肉和滑膜组织的表面增强拉曼光谱(SERS), 为KOA生物学改变提供实验基础。 同条件下饲养普通级健康雄性SD大鼠20只, 随机分为正常对照组（简称“正常组”）和KOA模型组（简称“模型组”）, 每组10只。 采用左膝关节腔内注射0.03 mol·L-1的L-半胱氨酸与4%木瓜蛋白酶混合物方法制备KOA模型, 并于复制成功4周后取材。 采用银纳米基底液检测大鼠血清和膝关节肌肉、 滑膜组织中的表面增强拉曼谱峰, 应用NGLabSpec软件比较两组拉曼频移和特征峰的差异, 应用OriginPro 8.5软件分析拉曼光谱图。 结果: 在血清中, 拉曼频移400～2 000 cm-1区间内, 正常组特征峰有12个, 模型组有14个, 且模型组大部分特征峰强度低于正常组, 两组在495, 883和1 447 cm-1等处出现较为显著的差异性特征峰; 在膝关节肌肉组织中, 正常组特征峰有12个, 模型组有13个, 二者的同质性特征峰的拉曼强度存在显著差异, 模型组以950和1 237 cm-1为代表的多处同质性特征峰的峰强显著升高; 在滑膜组织中, 正常组特征峰有10个, 模型组有15个, 两组共性特征峰的峰强变化多不明显, 但在655, 950, 1 335和1 447 cm-1处的同质性特征峰表现出峰强的明显差异, 在655和950 cm-1峰为模型组显著升高, 而1 335和1 447 cm-1两峰相对强度为模型组显著降低。 结果表明: KOA模型导致血清、 膝关节肌肉和滑膜组织的同质性特征峰数量显著减少, 差异性物质增多, 物质代谢平衡被严重打破, SERS是一种快速准确的检测方法, 可以用于KOA模型的检测。
表面增强拉曼光谱 膝骨性关节炎 血清 肌肉组织 关节滑膜 Surface-enhanced Raman spectroscopy Knee osteoarthritis Serum Muscular tissue Synovial tissue 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2751
浙江工业大学化学工程学院 绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地, 浙江 杭州 310032
采用化学还原法制备了以Au为核、包覆Ag的双金属核壳Au@Ag纳米粒子, 并成功地用于表面增强拉曼光谱(SERS)分析测试。通过改变制备液中Ag/Au的量比来调控Ag壳包覆厚度。采用透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)对Au@Ag纳米粒子的构貌进行表征。TEM显示明显存在核壳结构, 且Ag壳层随Ag/Au的量比的增加而逐渐变厚; UV-Vis表明随着Ag/Au的量比的增加, Au@Ag纳米粒子出现了Au核与Ag壳吸收峰的2个等离子体共振峰, 同时伴随着Au峰的蓝移和Ag峰的红移。以双甲脒为分析物, 考察了不同Ag/Au的量比时的Au@Ag纳米粒子的SERS活性。结果表明, SERS活性随Ag/Au的量比的增加先增大后减小, 在6∶5时其SERS增强效应最佳, 此时Ag壳厚度约为6 nm。以对巯基苯胺(4-ATP)、结晶紫(CV)和双甲脒为分析测试对象, 对比了Au@Ag、Ag、Au 3种基底的SERS活性。结果表明, 所制备的Au@Ag纳米粒子的SERS活性要明显优于单纯的Au、Ag纳米粒子。
纳米粒子 表面增强拉曼光谱 Au Au Ag Ag Au@Ag Au@Ag nanparticles surface-enhanced Raman scattering
浙江工业大学化学工程学院 绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地, 浙江 杭州 310032
为探讨胞嘧啶(Cytosine, Cy)在基底银表面的吸附特性和规律, 采用表面增强拉曼散射(SERS)光谱对其吸附行为进行分析, 并结合量子化学密度泛函理论(DFT)/B3LYP计算方法对Cy分子的常规拉曼光谱(NRS)及Cy与Ag团簇吸附的SERS光谱进行计算, 与测定结果进行比对且对其拉曼峰进行系统指认及归属, 理论计算结合实测值探讨了Cy在基底Ag上的增强效应和吸附行为。考察了Cy分子在Ag纳米粒子上的不同吸附时间、浓度、pH等条件对SERS光谱的影响及优化, 发现pH影响最大, 在中性和强碱性条件下的增强效应明显优于酸性。Cy分子存在2种不同的异构体和3种不同的存在形态, 并随酸度变化相互转化而达动态平衡。基于Cy在不同pH时的形态分布和相应的SERS变化规律, 结合DFT算得的Cy分子中的电荷分布及在银基底表面的吸附机制, 详细探讨了酸碱对Cy分子的SRES光谱影响的内因和吸附机理, 指出在中性和弱碱性时, 是Cy中的N3和O与Ag形成配位吸附; 在pH大于11时, N与Ag形成配位吸附, 而O与Ag形成共价吸附。
胞嘧啶 表面增强拉曼光谱 吸附行为 cytosine surface-enhanced Raman scattering adsorption behavior DFT DFT
1 燕山大学 电气工程学院
2 河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
荧光法测量SO2浓度是大气监测中常用的检测手段.双光路技术可以消除光源和光路的噪音干扰, 但光电转换器件在激发光照射下产生的背景噪音也会影响定量分析的准确度.本文采用经验模态分解滤波算法降低检测中存在的各种噪音, 在实现有效降噪的基础上较好地保存了有用的原始信号.仿真结果表明, 针对SO2浓度检测系统, 利用经验模态分解去噪后信号的信噪比达到204.273 6,均方误差为0.007 0.与小波去噪法相比, 经验模态分解检测效果更佳.最后将经两组不同方法处理后的信号应用于气体检测系统中, 实验数据的线性关系更好地验证了经验模态分解方法应用到浓度检测系统的可行性.
SO2浓度检测 经验模态分解 小波分析 信噪比 均方误差 SO2 concentration monitoring Empirical Mode Decomposition (EMD) Wavelet Signal Noise Ratio (SNR) Mean Squared Error (MSE)
