基于表面增强拉曼光谱技术(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS), 研制出对食品中乌洛托品进行现场快速分析检测的系统。 检测系统由多功能前处理模块、 拉曼光学模块、 嵌入式主控模块三部分组成, 实现了待测样品的前处理, 拉曼光谱数据的产生、 收集、 传输与处理。 其中, 多功能前处理模块将化学实验中经常用到的离心、 超声、 挥发三种功能集于一体, 精简了前处理实验中需要用到的设备; 拉曼光学模块采用探头光路与分光系统合为一体的整体式设计, 并在探头光路中使用数值孔径为06的非球面透镜, 同时利用交叉非对称Czerny-Turner结构对分光系统进行了设计; 嵌入式主控模块采用自主研发的FPGA+ARM双核心主控电路, 配合CCD的制冷电路与驱动电路, 搭载μC/OS-Ⅲ操作系统, 实现了对CCD上拉曼光谱数据的采集、 传输与处理。 利用柠檬酸钠制备纳米金(liquid colloidal gold nanoparticle, LCP-1)作为增强试剂对乌洛托品进行检测, 将乌洛托品的拉曼特征峰选取在1 047 cm-1处, 对乌洛托品标准品和含有乌洛托品的腐竹与米粉样品进行检测实验, 实验结果表明所设计的检测系统可以实现对乌洛托品的准确识别, 对乌洛托品标准品的检测限可达001 mg·L-1, 对腐竹和米粉样品中乌洛托品的检出限可达05 mg·L-1, 检测时间小于20 min, 实现了食品中乌洛托品的现场快速检测。

为了提高拉曼光谱检测系统的时间分辨率, 常常需要采用较短的采样积分时间, 此时带有分子结构振动谱的有用拉曼信号可能完全淹没在噪声中, 严重影响信号的进一步分析, 因此有必要对测量所得的光谱信号进行噪声消除处理。 传统的消噪方法是基于信号与噪声在频域或统计特性之间的差异, 通过平滑滤波或取平均值的方法来消除噪声, 一般适用于噪声强度不高的情况, 对于信噪比较低的情况处理效果并不理想。 针对传统去噪方法的不足, 从信号重构的角度, 利用基于小波变换的谱峰识别、 半峰宽检测提取光谱特征参数, 再利用最小二乘拟合的方法, 能够有效地提取淹没于强噪声背景下的有用拉曼信号。 在仿真中, 运用该算法得到的光谱曲线光滑, 峰位置准确, 信噪比改善明显。 在实验中, 分别利用该方法处理头孢呋辛酯片和罗红霉素拉曼光谱数据, 得到了清晰的谱峰位置、 幅值及半峰宽信息, 实现了对短积分时间、 强噪声背景的拉曼信号的有效还原, 提高了检测系统的时间分辨率。 仿真和实验结果表明, 该方法需要调整参数少, 易于实现, 在信噪比比较低的情况下依然能够得到良好的去噪效果, 为进一步分析光谱数据提供准确可靠的信息。

为克服分立式便携拉曼光谱仪光通量低的缺点，设计了一种集拉曼探头光路与分光系统于一体的光学系统。探头光路采用大数值孔径的非球面透镜实现样品的有效激发和信号的高效收集，通过胶合透镜组缩小会聚光路尺寸、消除轴向色差。分光系统基于交叉非对称Czerny-Turner结构，为获得期望的光谱分辨率和光谱范围，建立了分光系统光谱分辨率及光谱范围与交叉非对称Czerny-Turner结构参数的关系。由测得的汞灯谱图可知，分光系统的光谱分辨率优于6 cm-1 (0.37 nm)，光谱范围为790~950 nm (200~2000 cm-1)。将设计的光学系统对CCL4 进行测试，实验结果表明在相同积分时间内由这种整体式的光学系统检测到的CCL4光谱谱峰强度是用商业探头通过光纤连接分光系统检测到的近3倍，验证了光学系统设计的合理性。

采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析技术测定黄芩不同物候期（休眠期、 展叶期、 花期、 果实期和枯黄期）不同器官（根、 茎、 叶、 花果）中四种常见营养元素（Ca, Mg, P, K）的含量, 以探索随物候期的变化, 营养元素在不同器官中的配置规律。 结果发现, Ca, Mg, K元素在黄芩叶片的营养生长期的投资相对量较大, 主要用于促进叶片的光合作用, 合成大量的碳水化合物; P和K元素在生殖生长期生殖器官的投资比例明显高于营养器官, 有利于下一代的繁衍; 根中Ca, Mg, K元素的配置比例在枯黄期略有回升, 以增强黄芩耐寒过冬的能力。 本研究结果为黄芩种植的合理施肥提供实验数据。

采用球壳结构和渐变有限深谐振子势阱模型,分析了界面效应对弱受限半导体量子点异质结的束缚态电子基态能级的扰动情况.计算表明,对于处于弱受限的量子点,异质结厚度在30 nm内界面效应明显.当异质结壳层厚度进而增大的时候界面效应的影响将逐渐减弱,受扰动的基态能级间隔逐渐减小,到最后各基态能简并为某一固定值.

采用球壳结构和渐变有限深谐振子势阱模型，利用镜像电荷的方法分析了不同介电常数下，界面效应对半导体量子点异质结中类氢杂质电子束缚能级的扰动情况。通过计算考虑到杂质对电子的束缚作用前后的电子的基态能，可以看出对于处在弱受限情况下的量子点，异质结厚度在小于10nm时，界面效应对类氢杂质电子束缚能级的影响明显。当异质结壳层厚度增大的时候，界面效应的影响将逐渐减弱，受扰动的基态能也逐渐减小，最后不同Airy函数零点值所对应的基态能趋向于某一固定值，此时界面效应可以忽略。