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。

选用密度泛函理论中的B3LYP杂化泛函, 在B3LYP/6-31++g(d,p)(C, H, N, S)水平下, 优化了2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子(MNBMZ)的结构, 优化结果表明, 2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子是一个近平面结构。 通过频率计算, 获得了2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子(MNBMZ)的拉曼光谱, 并和实验获得的拉曼光谱图进行了对比, 200～800 cm-1波数段实验获得的拉曼谱带波数和理论计算波数相比, 有一定程度的蓝移, 800～1 800 cm-1波数段实验获得的拉曼谱带波数和理论计算波数相比, 发生了一定的红移。 对实验和理论计算光谱主要振动峰进行线性回归拟合, 相关系数r=0.998, 标准偏差14.98。 实验和理论计算获得的拉曼光谱图基本上是一致的, 表明本文选取的DFT理论计算方法是可靠的。 结合VEDA4软件对2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子的拉曼谱带简正振动模式进行了指认。 此外, 分析并讨论了2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子(MNBMZ)前线轨道及HOMO, LUMO轨道的组成, HOMO和LUMO轨道能级差为3.31 eV, 电子有从HOMO跃迁到LUMO的趋势。 HOMO轨道中S原子的贡献是52.53%, LUMO轨道中硝基N和O原子的贡献分别为23.03%, 19.97%和19.36%。 采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory, TDDFT)对2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子(MNBMZ)的激发态进行了计算分析, 计算结果表明甲醇溶剂中2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子(MNBMZ)理论计算的吸收波长为213, 281和437 nm; 实验获得的吸收波长223, 272和353 nm。 对研究2-巯基-5-硝基苯并咪唑分子的性质, 提供了理论基础。

蛋白质在生命体中发挥着重要的作用, 蛋白质的检测对于了解生命体系及在生物医学领域都有基础性的应用价值。 表面增强拉曼光谱(SERS)技术对研究化学和生物传感应用前景很有优势, 是由于其高灵敏度以及很好的选择性, 并且已被运用于生物分子检测, 特别是在蛋白质检测方面。 综述了SERS探针技术用于蛋白质检验的研究现状, 如免疫胶体金技术、 基于纳米材料探针的SERS研究、 基于酶促技术和基于试剂技术的蛋白质研究进展。

开发了一套基于激光拉曼散射的多通道气体光学检测系统, 应用于空气中主要组分的摩尔分数定量测量。 针对性的设计了532 nm激光脉冲展宽器, 能有效地避免脉冲激光在高能量状态下造成气体裂解、 石英玻璃损伤等现象的发生, 提高了气体拉曼散射的信噪比。 在实验室环境压力和温度下, 对气体样池内空气进行了长66 mm×直径1 mm激发区域同步10通道（每通道长约6.6 mm）的拉曼散射实验。 得到了各通道下氧气（O2）和氮气（N2）的拉曼光谱和摩尔分数, 及O2相对于N2的相对响应因子RO2。 完成了26次重复性实验, 每次为200个激光脉冲激发自发拉曼光谱的累加。 结果表明, 各通道间计算的平均的氧摩尔分数O2和相对于氮气的相对响应因子O2的标准偏差分别为0.015和0.024, 但它们的平均值与10通道合并方式下的实验结果完全相同, 准确率达98%, 完全满足实时地并具有时空分辨力的定量测量混合气体摩尔分数的要求。 该系统可满足于各种动态燃烧过程的光谱检测与分析。

以表面增强拉曼光谱(SERS)方法对2-巯基苯并咪唑(2-MBI)进行了研究, 以自组装在玻璃基片上的银纳米膜作为SERS增强基底, 采集了2-MBI的SERS光谱图, 并对其拉曼特征峰进行了指认。 研究了吸附时间和分子浓度对拉曼光谱的影响, 以411 cm-1拉曼谱峰为定性和定量分析的特征峰。 在10-6～10-3 mol·L-1浓度范围内拉曼光谱强度与2-MBI浓度的负对数呈现较好的线性关系, 线性方程为I=1 2378logc+8 3263, 线性相关系数为0999 8, 相对标准偏差在0025～0084之间, 此方法检测2-MBI的检测限为10-7 mol·L-1。 这些研究为发展新的针对2-MBI的检测方法奠定了基础。

应用便携式近红外光谱仪采集320份生鲜猪肉在近红外光谱中波区的光谱信息, 采用不同优化方法建立猪肉胆固醇预测模型, 并对异常样品的剔除及组合预处理方法对模型性能的改善进行了分析。 研究表明: 通过对异常值的二次剔除, 并使用SG一阶导数（savitzky-golay first derivative, SG 1stD）、 SG平滑（savitzky-golay smoothing, SGS）和正交信号校正（OSC）的组合预处理方法, 可获得最佳生鲜猪肉胆固醇预测模型, 其参数如下: 校正集相关系数（Rc）=09137, 校正标准差（standard error of calibration, SEC）=25607, 验证集相关系数（Rp）=0656 7, 预测标准差（standard error of prediction, SEP）=4985 5, 主因子数（principal factor, PF）=4, 范围误差比（ratio of performance to standard deviation, RPD）=25032, 相对预测标准差（relative standard error of prediction, RSEP）=8625 4%, SEP/SEC=1946 8, 说明模型在近红外光谱中波区对猪肉胆固醇的分辨能力和预测准确度较好, 通过向校正集中补充代表性样品可使模型稳健性进一步改善。 对检验集样品预测值（prediction value, PV）与参比值（reference value, RV）的t检验显示二者之间无显著性差异（p＞005）, 检验集样品总体预测准确率为625%, 其中50～70 mg·(100 g)-1区段的局部预测准确率达到917%, 可以用于生鲜猪肉胆固醇浓度的在线快速初步定量分析。 该研究将便携式近红外光谱用于在近红外中波区对生鲜猪肉及肉制品中胆固醇浓度的分析和检测, 通过进一步的研究和改进, 可将其应用于产品的原料分级、 品质和过程控制及市售产品的抽检等。

本文采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP杂化泛函,6-31++g(d,p)(C,H,N)和LanL2DZ(Ag)基组下对杀草强分子及其Ag复合物的结构进行了优化; 通过频率计算,获得了杀草强分子及其Ag复合物的拉曼光谱,并利用势能函数分布(PED)对拉曼光谱进行了指认,结合SERS光谱推测了杀草强和增强基底之间的吸附方式; 采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对杀草强分子和杀草强分子-Ag复合物进行了激发态的分析计算。

很多致命的疾病都与细菌感染密切相关, 快速、 准确地检测和鉴定细菌及微生物, 一直是微生物学家及有关科研工作者追求的目标, 拉曼光谱可以提供丰富的谱图信息, 而表面增强拉曼光谱(SERS)有很高的检测灵敏度, 然而一些贵金属SERS基底却容易使蛋白质变性, 影响检测结果。 以大肠杆菌(E.Coli)作为目标检测细菌, 首先检测到大肠杆菌的拉曼光谱, 之后采用两种不同的SERS基底(ZnO, Ag溶胶)进行检测。 结果表明Ag溶胶基底有很强且较丰富的SERS信号, 但是相对于E.Coli的本体拉曼谱峰有较大位移, 说明与银溶胶相互作用的细菌存在一定的蛋白质变性过程; 而ZnO纳米粒子与细菌作用的SERS信号虽然较弱, 但是与E.Coli的本体拉曼信号较为相似, 说明ZnO纳米粒子对E.Coli本体基本无损, 这将有利于SERS在生物体系的无损检测。 该结果可以为利用生物相容性好的半导体SERS基底进行细菌的检测提供有益的参考。