Trichel脉冲放电为电晕放电中一种常见的不稳定现象。 为了进一步揭示Trichel脉冲的放电特性和放电机理, 本文利用针板放电结构, 在气压为600 Pa的空气环境下研究了Trichel脉冲放电的光学特性。 在平均电流为20～300 μA范围内, 放电分为Trichel脉冲放电模式和正常辉光放电模式。 在Trichel脉冲放电模式下, 平均极间电压随着平均电流的增高而降低； 正常辉光放电模式下, 平均极间电压随平均电流的增高基本保持不变。 实验拍摄并得到了不同平均电流时的发光图像, 从阴极针尖到阳极平板区域分为负辉区、 法拉第暗区、 正柱区和阳极辉区。 随着平均电流的增加, 负辉区、 正柱区以及阳极表面的发光增强, 负辉区体积基本保持不变, 法拉第暗区长度逐渐增加, 正柱区长度逐渐缩小。 在Trichel脉冲消失时, 负辉区发光向阴极针尖收缩, 正柱区向阳极板贴近, 并且两个区域发光明显增强。 利用光谱仪在300～800 nm波长范围内测量得到了不同平均电流时的发射光谱。 其中在300～450 nm波长范围内的发射光谱强度较高, 为氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg)和氮分子离子的第一负带系（B2Σ+u→X2Σ+g）； 在650～800 nm附近发射光谱较弱, 为氮分子的第一正带发射谱（B3Πg→A3Σ+u）。 在此基础上, 根据N2(C3Пu→B3Пg )第二正带系发射光谱拟合得到了不同平均电流时氮分子的振动和转动温度。 结果表明, 分子振动温度和转动温度均随平均电流的增加而增加, 分子振动温度在3 900～4 500 K, 分子转动温度在430～450 K。 同时利用氮分子离子谱线391.4 nm和氮分子第二正带系谱线394.2 nm强度比计算得到了不同平均电流时的电场强度。 随着平均电流的增加, 电场强度升高, 在145～200 kV·m-1范围。 当Trichel脉冲消失时, 针尖附近分子振动温度和电场强度出现较为明显的升高。 此现象表明针尖附近的电子能量和电子密度随着脉冲的消失也出现了明显的升高。

采用自发成核坩埚下降法生长了直径25 mm的铈、锶共掺溴化镧(LaBr3∶5%Ce,x%Sr，简称LaBr3∶Ce,Sr，其中x=0.1、0.3、0.5，摩尔分数)闪烁晶体，测试对比了晶体的X射线激发发射光谱、透过光谱和脉冲高度谱等。结果表明，不同Sr2+掺杂浓度的LaBr3∶Ce,Sr晶体在X射线激发下的发射光谱波形基本一致，但相比未掺杂Sr2+的样品，发射峰的峰位发生了明显的红移，随着Sr2+掺杂浓度的增大，发射峰红移程度增大。不同Sr2+掺杂浓度的LaBr3∶Ce,Sr晶体在350~800 nm不存在明显的吸收峰，0.3%和0.5%Sr2+掺杂晶体的透过率有所降低。随着Sr2+掺杂浓度的增大，能量分辨率逐步提高，Sr2+掺杂浓度为0.5%时，LaBr3∶Ce,Sr晶体的能量分辨率最高，达2.99%@662 keV。对尺寸25 mm×25 mm的LaBr3∶Ce,0.5%Sr晶体进行了防潮封装，所得晶体封装件的能量分辨率为2.93%@662 keV。

针对采用氩气放电方式产生等离子体的离子引出模拟研究需求，提出一种等离子体密度及电子温度等关键特征参数的光谱测量方法。根据氩等离子体状态建立反映其粒子间动力学反应过程的粒子布居平衡模型，并通过对比分析实验测得的发射光谱获取等离子体相关特征参数信息。实验结果表明，该光谱测量方法可获取典型工况下射流区内氩等离子体的密度及电子温度等关键参数信息，为离子引出过程的模拟研究提供一种可靠和实用的等离子体参数测量手段。

采用光谱技术检测水质参数是当前的一个研究热点, 提出了一种基于荧光发射光谱的水质化学需氧量(COD)的检测方法。 实验样本分为两组, 第一组为20份COD标准溶液, 第二组为63份实际水样。 实验样本的化学需氧量检测采用快速消解分光光度法, 利用三维荧光分光光度计采集水样在EX=275 nm激发波长下的荧光发射光谱(荧光发射光谱范围为EM=325~450 nm), 并对两类水样的荧光发射光谱数据进行了处理和建模。 分别采用主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)对两类水样的荧光发射光谱数据进行了预测模型的建立, 并对模型效果进行了对比。 为验证该方法的可行性和模型的预测能力, 将所建PLSR模型预测结果与标准方法的检测结果进行了对比。 结果表明, 对于COD标准液来说, PLSR和PCR的主成分数分别取5和8时所得的模型的交叉检验效果最优, 校正模型的决定系数分别为R2PLS=0.999 9和R2PCR=0.989 7, 校正模型对检验集数据的预测误差不超过10%, 且PLSR所建模型优于PCR模型。 对于实际水样而言, PLSR和PCR的主成分数分别为6和7时, 校正模型的交叉验证效果最优。 PLSR法和PCR法的校正集的交叉检验均方差RMSECVPLS和RMSECVPCR分别为0.932 2和0.976 4 mg·L-1。 对于实际水样的检验集来说, PLSR法和PCR法的预测决定系数R2PLS和R2PCR分别为0.940 2和0.919 0, 说明PLSR法的预测效果更优, 基于荧光发射光谱数据的PLSR模型具有较高的预测能力和较强的适应性, 可以快速、 准确的检测出水质COD。 通过和传统检测方法的效果对比可知, 该方法可用于检测有机污染物浓度较低的水体, 有机物浓度较高时采用该方法时检测误差会变大。 该研究为水质检测光学传感器的研发提供了一种新的设计思路。

2,4,6-三硝基苯酚（TNP）是一种威力强于2,4,6-三硝基甲苯（TNT）的猛炸药, 同时染料、 医药、 皮革等行业中被大量使用, 由于TNP强大的爆炸威力和环境毒性, 使得近年来TNP的快速检测受到越来越多的关注。 该研究通过一步反应合成了TNP荧光探针, 利用探针的荧光光谱实现了TNP的快速检测。 研究了该荧光探针的荧光特性, 探针在水溶液中具有较高的荧光强度, 在493 nm激发波长下发射波长为547 nm。 荧光探针体系与TNP作用后, 其发射光谱有明显的减弱, 可能是由于荧光探针与TNP结合后, 发生了荧光猝灭而改变了其聚集状态。 在实验中, 测试了荧光探针体系与不同浓度TNP溶液的作用, 荧光光谱分析结果表明TNP对荧光探针体系具有良好的猝灭效果, 在20~80 μmol·L-1的范围内, 547 nm处的荧光强度I547值与TNP的浓度呈现出良好的线性关系, 线性回归方程I547=907 521.6-9 955c (R2=0.992 1), 并推算出了检测限为4.55 μmol·L-1。 该荧光光谱在探针与TNP的作用1 min后即达到稳定, 响应时间短, 可以实现快速检测; TNP检测的荧光光谱不受对苯酚（PHE）、 2,4-二硝基甲苯（DNT）、 2,4,6-三硝基甲苯（TNT）、 2,4-二硝基苯酚（DNP）、 4-硝基苯酚（NP）等结构类似干扰物和Ca2+, K+, Ba2+, Cl-, SO2-4, NO-3常见阴阳离子的干扰。 考察了尘土基质对荧光探针荧光光谱的影响, 在实验室内制作了添加TNP的模拟爆炸尘土样本, 使用上述荧光探针体系进行检测, 实验表明尘土对该荧光探针发射光谱的稳定性及其与TNP的相互作用均无干扰, 该体系的荧光发射光谱可以用于尘土中TNP的定量分析, 具有较好的实际应用前景。

三维荧光光谱技术（3DEEM）因其方便迅速、 灵敏度高等一系列优点, 广泛应用于表征DOM。 在实际应用中, 3DEEM步骤较为繁琐, PARAFAC等方法相较于寻峰法虽然更加直观可靠, 但是往往需要借助MATLAB等数学软件, 因此该研究希望借助一种新的方法能够更加简便迅速地表征DOM。 以蘑菇湖水体DOM为例, 基于累积性发射光谱（AFEs）, 结合多元统计及二阶导数等方法, 对DOM各类荧光组分及含量进行表征。 利用主成分分析（PCA）对AFEs进行因子载荷分析, 并确定荧光峰的类型及其含量的差异; 通过二阶导数转换, 得到二阶导数AFEs; 通过对所有采样点二阶导数AFEs各荧光峰进行绝对面积积分, 分析DOM中各组分的含量及变化; 通过聚类分析, 分析不同点位组分的差异性或相似性。 研究表明, 通过AFEs得到5类荧光峰, 分别为类蛋白峰、 类富里酸峰、 陆源类腐殖酸峰以及腐殖酸峰。 基于AFEs及其对荧光强度之和的分析, 可以看出蘑菇湖水体中的DOM主要以不稳定、 易被降解的、 相对分子质量较小的类蛋白及富里酸为主, 腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减。 基于AFEs得分图, 得到5类荧光峰, 且荧光峰中类蛋白及类富里酸峰占主导; 基于点位得分矩阵, 可以说明各点位之间的荧光组分存在差异。 二阶导数AFEs被分为5个荧光波段, DOM以相对质量较小的有机质为主, 腐殖化程度、 芳香度较小, 空间差异上不显著。 通过对荧光峰面积以及采样点进行聚类分析, 荧光峰被分为3类, 其中富里酸含量占比较大, 且岸边采样点和位于湖心区域的采样点之间存在差异。 综上研究显示, AFEs相对简单迅速, 能够代替3DEEM对DOM进行表征。 蘑菇湖水体DOM是以相对分子质量较小、 不稳定、 易被降解的类蛋白、 类富里酸物质为主, 总体上腐殖化程度及相对分子质量具有由滨湖区向深湖区递减的趋势, 但空间上差异性较小。

电感耦合等离子体具有电子密度高、 放电面积大、 工作气压宽、 结构简单等特点, 在等离子体隐身领域具有突出的潜在优势。 相对于开放式等离子体, 闭式等离子体更适应于飞行器表面空气流速高、 气压变化大的特殊环境。 研究着眼于飞行器关键部件的局部隐身应用, 设计了一种镶嵌于不锈钢壁中的圆柱形石英腔体结构, 利用电感耦合放电的方式在腔体中产生均匀的平板状等离子体。 由于增加了接地金属, 降低了腔体内的钳制电位, 同之前的纯石英腔体相比, 该结构显著改善了等离子体的均匀性。 研究了该闭式腔体内氩气电感耦合等离子体（ICP）的放电特性和发射光谱, 实验中放电功率达到150 W时, 可以明显观察到ICP的E-H模式转换, 此时发射光谱和电子密度都呈现阶跃式增长。 氩气发射光谱强度随放电功率升高显著增加, 但是不同谱线强度增加幅度并不一致, 分析认为是受不同的跃迁概率和激发能的影响。 根据等离子体的发射光谱, 利用玻尔兹曼斜率法对电子激发温度进行诊断, 得到电子激发温度在2 000 K以上, 并且随功率升高而降低, 因为功率增大使电子热运动增强, 粒子间的碰撞加剧, 碰撞导致的能量消耗也更大。 电子激发温度沿腔体径向呈近似均匀分布, 分布趋势受功率影响不大。 针对利用发射光谱诊断电子密度误差较大、 计算繁琐的问题, 引入Voigt卷积函数, 经过拟合滤除多余展宽项的影响, 得到准确的Stark展宽半高宽。 最终利用发射光谱Stark展宽法计算了电子密度, 腔体中心处的峰值密度可以达到7.5×1017 m-3。 随着放电功率增大, 线圈中容性分量降低, 耦合效率增大, 电子密度随之增大, 但空间分布趋势基本不受功率影响。

提出了一种阵列式线-线沿面介质阻挡放电结构, 利用双极性高压纳秒脉冲电源, 在大气压空气中激励产生了相对大面积的放电等离子体。 其中, 高压电极、 地电极均为圆柱形金属, 放电反应器由20组相间排列的阵列式线型高压电极和套有介质管的阵列式线型地电极组成。 利用电压探头、 电流探头、 示波器等测量了放电电压和放电总电流, 并计算得出了放电的实际电流。 利用光纤、 光栅光谱仪、 CCD等测量了波长范围在300～440 nm和766～778 nm的发射光谱, 即氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)包括Δν= +1, 0, -1, -2, -3、 氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱。 比较了氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)的各个振动峰和各个活性物种的发射光谱强度, 以及这些发射光谱强度随着脉冲峰值电压的变化。 测量了N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的二次、 三次衍射光谱, 与原始光谱在转动带、 背景光谱等方面进行了比较, 并计算了二次衍射和原始光谱之间的峰值比。 利用氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=+1, 0, -1, -2)和氮分子离子第一负带N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g, 0-0)模拟了等离子体的转动温度和振动温度, 对模拟结果进行了比较, 并研究了脉冲峰值电压对等离子体振动温度和转动温度的影响。 通过测量放电的电压和计算得到的放电电流发现, 当脉冲峰值电压为22 kV, 脉冲重复频率为150 Hz时, 阵列式线-线沿面介质阻挡放电的放电电流在正脉冲、 负脉冲两个方向上均可达75 A左右。 通过诊断放电等离子体的发射光谱发现, 在测量的波长范围内, 放电产生的活性物种主要有氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)、 氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)。 在脉冲峰值电压22～36 kV的变化范围内, 氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的发射光谱强度始终保持最强, N2 (B3Πg→A3Σ+u)次之, 而氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱强度较弱。 同时, 当脉冲峰值电压升高时, 氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg)的所有振动峰, 以及氮分子离子第一负带N+2(B2Σ+u→X2Σ+g), N2 (B3Πg→A3Σ+u)和O (3p5P→3s5S2)的发射光谱强度均随之升高。 通过比较氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg, 0-0)的原始、 二次衍射、 三次衍射光谱发现, 二次、 三次衍射光谱的转动带更清晰, 但三次衍射光谱的背景更强, 因此氮分子第二正带N2(C3Πu→B3Πg)的二次衍射光谱更有利于模拟等离子体的转动温度。 通过比较模拟得到的振动温度和转动温度发现, 氮分子第二正带N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)在N2 (C3Πu→B3Πg)四个谱带Δν=+1, 0, -1, -2中最适于模拟等离子体振动温度, 而利用氮分子离子第一负带N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g,0-0)模拟得到的等离子体转动温度要比N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)的模拟结果高约10～15 K。 同时, 当脉冲峰值电压升高时, 由N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)和N+2 (B2Σ+u→X2Σ+g, 0-0)模拟得到等离子体的转动温度均出现了略微上升的趋势, 而利用N2 (C3Πu→B3Πg, Δν=-2)模拟得出的振动温度则略微下降。

通过介质阻挡放电产生的等离子体可与燃料中的烃类分子发生碰撞裂解反应, 将燃料分子裂解生成更容易起爆的氢气和小分子烃类, 能有效改善液体燃料连续旋转爆震发动机的起爆性能。 该研究在真空仓中开展体积介质阻挡放电的丝状放电光谱测试, 分析了大气压氩气环境下体积介质阻挡放电的电子激发温度和电子密度随加载电压的变化规律。 丝状放电的电子激发温度通过波尔兹曼斜率法计算, 电子密度采用斯塔克展宽法计算。 发现发射谱线均由氩原子4p—4s能级跃迁产生； 各谱线强度随加载电压的提高均呈上升趋势, 且与电压基本呈线性关系； 对于大气压丝状放电, 加载电压对电子激发温度和电子密度没有明显影响作用, 加载电压12.5～14.5 kV范围内, 电子激发温度稳定在3 400 K附近, 电子密度在1025 m-3量级。

研究药物和血液中载体蛋白的相互作用对阐明药物在体内的转运、 分布、 代谢和药效等具有重要意义。 运用稳态荧光、 紫外-可见吸收光谱、 动力学瞬态发射光谱和循环伏安法研究了抗艾滋病(HIV)药物司他夫定(stavudine, D4T)对人血清白蛋白(HSA)、 牛血清白蛋白(BSA)和血红蛋白(Hb)三种血液蛋白的荧光猝灭机制, 均为静态猝灭; 得出不同温度(300 K, 310 K, 320 K)下D4T和载体的结合常数Ka(Ka的大小顺序为Hb＞HSA＞BSA)和结合位点数n(n均为1); 分析二者结合过程的热力参数ΔH, ΔS和ΔG, 三种血液蛋白均为ΔG＞0, ΔH＞0, 说明D4T和载体的结合是一种自发的放热过程, 同时由ΔH＜0, ΔS＜0, 推测出D4T与HSA, BSA和Hb之间的结合力都为氢键和范德华力; 根据Frster非辐射能量转移理论(FRET)分析了供体(蛋白)和受体(D4T)之间发生能量转移的可能性并计算了结合距离R0和r, 其中r＜7 nm且0.5Ｒ０＜ｒ＜1.5Ｒ０, 表明从HSA, BSA和Hb到D4T之间发生能量转移的可能性很大。 同时利用同步荧光, 三维荧光和圆二色谱法得出, D4T与载体结合时对载体(HSA, BSA和Hb)的二级结构无影响, 且三级构象变化不大。 通过本文实验可知, HSA, BSA和Hb三种血液蛋白均可作为运输D4T到靶位置的良好载体蛋白, 这些结果为更深入研究D4T药物分子设计和抗HIV作用的应用提供有利的实验依据。