Rabi模型一直是近年来研究的热点, 本文研究该模型在多光子跃迁下的量子相变及多稳态。通过自旋相干态变分法等效的赝自旋哈密顿量被对角化并解得了系统的能量泛函表达式, 同时根据变分结果求得光子数解的情形和临界值, 最后给出基于光子数解和系统稳定性相图。本文主要给出了单光子、两光子和多光子跃迁对Rabi模型量子态、多稳性和量子相变的影响。该结果有助于实验上通过调控腔频来诱导有趣的量子相变。

氨基硫脲过渡金属配合物的生物学应用是当前研究的热点, 为更好地了解氨基硫脲芳基钌配合物与人血清白蛋白(HSA)之间相互作用机制, 合成了两种氨基硫脲芳基钌(Ⅱ)配合物, 采用时间分辨荧光光谱法和稳态荧光光谱法研究了两种氨基硫脲芳基钌配合物与人血清白蛋白的荧光猝灭机理。 荧光光谱结果表明, 这两种氨基硫脲芳基钌配合物能使HSA的内源荧光猝灭, 且HSA的荧光猝灭影响与配合物的浓度呈线性关系, 通过对比发现配合物2对HSA的荧光猝灭效率更强。 两个配合物与HSA相互作用的猝灭常数和结合常数均随温度的升高而降低, 因此, 配合物与HSA的相互作用是静态猝灭过程, 且配合物2的荧光猝灭能力更强。 通过热力学参数分析发现这两种配合物与HSA的主要结合作用力均为氢键和范德华力, 且两种配合物与HSA之间的结合过程是自发进行的。 最后采用红外吸收光谱及圆二色光谱验证了这两种氨基硫脲芳基钌配合物均对HSA二级构象产生了不同程度的影响, 红外吸收光谱结果表明两种配合物与HSA的结合引起了HSA二级结构的重排, 圆二色光谱结果表明这两种配合物的加入使HSA的二级结构稳定性降低。 研究表明: 通过探究氨基硫脲芳基钌配合物对人血清白蛋白结构和功能的影响, 可揭示其作为抗肿瘤药物进入体内后与HSA的可能作用机制, 从而为以氨基硫脲为配体的芳基钌配合物类抗肿瘤药物的研发提供理论参考。

糖尿病日益严重地威胁人类健康,但无创血糖检测的方法仍未能在临床上应用,为了解决这一重要问题,从源头进行探索,研究光源随葡萄糖质量浓度变化的光谱特性。在600~1300 nm的波长范围内研究不同葡萄糖质量浓度的溶液的吸收光谱特性和不同葡萄糖质量浓度的2% Intralipid组织模拟液的反射光谱特性,利用单调性、线性度和灵敏度对光谱特性进行分析。实验结果表明,吸收光谱在1140~1210 nm和1130~1200 nm的波长范围内的光波和反射光谱在1010~1130 nm和1150~1300 nm的波长范围内的光波,具有单调性、出色的线性度、灵敏度高的特点。因此认为具有这些特征的光波应用于无创血糖的检测,有助于提高准确性和灵敏度,推动光学无创血糖检测的方法进入临床应用。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪是一种新型光学遥感仪器, 具有分辨率高(0.3～0.5 nm)、 宽光谱范围(240～710 nm)、 大视场角(114°视场对应地面2 600 km)的特点, 载荷采用推扫方式, 可实现1日全球覆盖监测。 载荷通过探测地球大气或地表反射、 散射的紫外/可见光, 利用差分吸收光谱技术来获取全球大气痕量气体(NO2, SO2, O3等)分布和变化。 定标是遥感数据定量应用的前提, 同时为获取载荷光谱特性, 需要在地面完成载荷的光谱定标。 根据大气痕量气体差分吸收光谱仪视场角度大、 谱段范围宽、 空间和光谱分辨率高等特点, 搭建了一套基于二维转台的光谱定标系统, 此系统能够完成全视场光谱定标。 光谱定标采用标准谱线法, 光谱定标光源使用汞灯。 光谱响应函数是描述光谱仪光谱响应特性的重要参数, 根据光谱响应函数可以获取载荷的光谱分辨率, 同时也是基于DOAS反演的关键输入参数, 光谱响应函数的精度直接影响大气痕量气体的反演结果。 根据载荷实际测试的光谱响应数据, 选取了Gauss, Lorentz和Voigt三种函数作为待选的光谱响应函数。 为对三种函数模型进行筛选, 进行了两种筛选对比测试, 首先分别用Gauss函数、 Lorentz函数、 Voigt函数对载荷的单色光响应数据进行拟合, 以三种函数的拟合残差平方和作为评判标准, 拟合结果表明Gauss函数作为狭缝函数拟合的残差平方和最小为0.01, Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数拟合的残差平方和分别为0.033和0.021。 从载荷单色光响应数据函数拟合的结果分析, Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。 为了进一步验证这一结论, 进行了DOAS反演NO2样气的实验, 考察三种函数模型对反演的影响。 在实验室开展了NO2样气测试, 大气散射光通过30*40cm的石英窗口入射到载荷狭缝, 将NO2样品池放置在载荷狭缝和石英窗口中间, 获取的数据为NO2样气吸收谱, 随后充入N2气体获取反演的参考谱, 实验在晴朗天气下进行, 并能够在较短时间内完成, 可以减少外界天气条件对反演结果的影响。 实验中NO2样气浓度为8.481 2×1016 molec·cm-2, 在利用DOAS进行反演时, 设置仪器狭缝函数分别为Gauss, Lorentz和Voigt函数, 分析三组不同的函数模型对应的NO2浓度结果, 根据反演结果的相对偏差对函数模型进行评价。 实验结果表明Gauss函数作为狭缝函数反演结果的相对偏差最小为5.6%, Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数的反演相对偏差分别为28%和15.1%。 由光谱响应数据的拟合结果及样气反演结果表明, Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。

大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来反演大气 中痕量气体的分布和变化。在地面对大气痕量气体差分吸收光谱仪完成实验室定标以验证其性能和可靠性,为大气痕量 气体差分吸收光谱仪的数据处理提供支持。为快速处理光谱仪定标数据,研制了相关的光谱辐射定标软件。定标软件基 于C++语言,在Windows平台上开发,实现数据定标和多维度展示定标数据。 其中光谱定标采用多项式拟合算法,光谱分辨 率采用Gauss拟合算法。辐射定标包括绝对辐射定标和相对辐射定标,绝对辐射定标求取辐射定标非稳定性和非线性, 相对辐射定标求取相对辐射校正系数和不确定度。结果表明软件运行良好,能够完成大气痕量气体差分吸收光 谱仪地面光谱定标、辐射定标数据的处理。

为实现高效短程生物脱氮及氨氮和亚硝酸盐氮的快速检测, 采用主成分分析结合BP神经网络的方法建立短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮的近红外光谱定量分析模型(BP神经网络模型)。 工艺运行结果表明: 原水经过好氧阶段氨氮从45.3 mg·L-1下降到2.7 mg·L-1, 亚硝酸盐氮从0.01 mg·L-1上升到19.6 mg·L-1, 硝酸盐氮受到抑制; 在缺氧段亚硝酸盐氮从19.6 mg·L-1下降至1.2 mg·L-1, 系统实现了良好的短程生物脱氮效果。 水样原始光谱主成分分析表明: 前13个主成分代表了原始光谱数据的信息, 其累计贡献率达到95.04%, 排除了冗余信息且大大降低了模型的维数, 光谱数据矩阵从192×2 203减少到192×13, 大大降低了运算量并提高了模型的精度。 BP神经网络模型校正结果显示: BP神经网络模型对氨氮、 亚硝酸盐氮校正时的决定系数(R2)分别达到0.950 4和0.976 2, 校正均方根误差(RMSECV)分别为0.016 6和0.010 9。 BP神经网络模型预测结果显示: BP神经网络模型对氨氮、 亚硝酸盐氮预测输出与期望输出之间的决定系数(R2)分别为0.974 0和0.981 4, 预测均方根误差(RMSEP)分别为0.033 7和0.028 7, 模型预测效果良好。 研究表明, BP神经网络模型可以通过快速测定水样的近红外光谱数据预测短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮浓度, 并根据氨氮和亚硝酸盐氮浓度变化及时、 灵活地控制工艺的运行, 为生物脱氮提供快速有效的检测技术和科学依据。