Human serum albumin (HSA) is the most abundant protein in plasma and plays an essential physiological role in the human body. Ethanol precipitation is the most widely used way to obtain HSA, and pH and ethanol are crucial factors affecting the process. In this study, infrared (IR) spectroscopy and near-infrared (NIR) spectroscopy in combination with chemometrics were used to investigate the changes in the secondary structure and hydration of HSA at acidic pH (5.6–3.2) and isoelectric pH when ethanol concentration was varied from 0% to 40% as a perturbation. IR spectroscopy combined with the two-dimensional correlation spectroscopy (2DCOS) analysis for acid pH system proved that the secondary structure of HSA changed significantly when pH was around 4.5. What’s more, the IR spectroscopy and 2DCOS analysis showed different secondary structure forms under different ethanol concentrations at the isoelectric pH. For the hydration effect analysis, NIR spectroscopy combined with the McCabe–Fisher method and aquaphotomics showed that the free hydrogen-bonded water fluctuates dynamically, with ethanol at 0–20% enhancing the hydrogen-bonded water clusters, while weak hydrogen-bonded water clusters were formed when the ethanol concentration increased continuously from 20% to 30%. These measurements provide new insights into the structural changes and changes in the hydration behavior of HSA, revealing the dynamic process of protein purification, and providing a theoretical basis for the selection of HSA alcoholic precipitation process parameters, as well as for further studies of complex biological systems.

采用全反模式的红外(ATR-IR)光谱实时研究了不同氘含量KH2-xDxPO4(DKDP)晶体的结晶过程，其中DKDP溶液氘含量范围为0到99%。通过υ1(PO4)和υ3(PO4)振动表征了DKDP结晶溶液中(H2PO4-)1-x(D2PO4-)x离子基团浓度的变化。υ1(PO4)振动强度的变化和υ3(PO4)振动宽度的变化说明生长溶液中的(H2PO4-)1-x(D2PO4-)x离子浓度随着测试时间延长而不断增大。同时,δ(P-O…H/D-O-P)振动峰的形成说明DKDP晶体的生长基元为(H2PO4-)n-x(D2PO4-)x离子团簇。波数在1 448 cm-1到1 653 cm-1范围内H-O-H和D-O-D振动强度的变化解释了DKDP晶体在结晶过程中氘含量分布不均的现象。

采用固相反应和浸渍法制备了NiO/NaTaO3:La催化剂。采用衰减全反射红外光谱原位研究了钽酸钠基光催化剂上光催化全分解水机理。在光催化反应条件下直接观测到了归属为物理吸附的过氧化氢中间物种的1350 cm-1和870 cm-1红外吸收峰。过氧化氢物种是由水氧化的中间物种Ta(O2)在大量水存在条件下先质子化生成TaOOH中间物种, 之后进一步质子化而形成的。证实了NaTaO3液态光催化和气相光催化分解水的机理是一致的。

压力是一个重要的物理参量, 通过调节物质内部分子、 原子间距离和相互作用力, 可以引起物质结构和构象变化。 正醇是一种最简单的羟基代替烷基链末端氢原子的有机物, 通过氢键和烷基链之间的作用力结合在一起, 被称为氢键液体。 氢键的键能较小, 在外部压力作用下, 氢键容易被压缩而断裂或网络重排, 从而导致晶体结构和对称性的改变, 对材料的性能产生重要影响。 正戊醇是一种短链正醇, 结构虽然简单, 却可以作为烷基链结构有机物的典型代表。 然而, 高压下正戊醇的性质研究较少, 尤其压力作用下其构象变化和氢键研究尚未见报道, 因此正戊醇高压研究有待进一步深入。 拉曼光谱和红外光谱是高压研究中常用的谱学测量技术, 能够原位探测压力作用下分子内部基团变化, 是研究结构、 构象和氢键作用的有效手段。 基于此, 利用金刚石对顶砧装置(DAC), 结合拉曼光谱和红外光谱, 在0～12.0 GPa压力范围对正戊醇进行了高压研究。 实验结果分三部分讨论: （1）研究了压力作用下正戊醇的结构相变行为。 压力在3.2 GPa时, 拉曼特征峰变锐变窄, 同时有特征峰劈裂和新特征峰出现的现象, 说明在该压力点发生一次液固相转变。 （2）揭示了正戊醇在高压下的构象变化。 正戊醇存在两种构象: 反式构象和扭曲构象。 通过分析两种构象特征峰随压力的变化, 发现正戊醇发生液固相转变的过程伴随有构象变化, 液态时以扭曲构象为主, 固态时以反式构象为主。 （3）探究了高压对正戊醇氢键的影响。 羟基的特征峰随压力的增加发生红移, 说明在加压过程中氢键作用增强。 伴随液固相变, 羟基特征峰劈裂成多个峰, 形成新的氢键网络或团簇, 且随压力的增加氢键网络或团簇逐渐增大, 说明氢键对压力非常敏感, 且对正戊醇晶体结构的稳定起着促进作用。 该研究不仅为正戊醇生产应用提供重要的指导作用, 同时为其他同类或复杂分子体系的物理和化学特性研究提供参考。

四川绵阳雪宝顶绿柱石由于其独特的透明扁平状结构而备受关注, 目前其扁平状形成原因还存在分歧。本文应用显微振动光谱及成像, 结合化学定量检测, 对雪宝顶绿柱石进行了深入分析。显微红外成像表明通道中除了水分子, 还存在铁合水离子和二氧化碳分子, 且在晶体中不均匀分布。Li元素替换Be元素会造成Be-O四面体和Al-O八面体结构畸变, 表现为晶格振动模式的拉曼峰位向高波数偏移。同时, 通道中水分子与Na结合, 使其极化率减小, 表现为伸缩振动模式的拉曼峰位向低波数偏移。本文研究为探究雪宝顶绿柱石扁平状成因提供了基础, 为研究单个水分子量子态提供了参考。

在农作物生产中, 不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在, 严重影响产品品质及食用安全, 快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。 利用红外光谱三级鉴别法(傅里叶变换红外光谱(FTIR) 、 二阶导数红外光谱(SD-IR) 及二维相关红外光谱(2D-IR) ) 对蚕豆、 玉米、 葱和蒜正常叶、 锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。 结果显示, 正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。 原始光谱中正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异, 蚕豆的正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A1 410/A1 646分别为0.698, 0.624和0.616, A2 926/A1 646相应比值分别为0.665, 0.638和0.552; 玉米的相应比值A1 649/A1 055分别为0.813, 0.696, 0.691, A1 382/A1 055相应比值分别为0.552, 0.478和0.465, A2 926/A1 055相应比值分别为0.574, 0.467和0.469; 葱的相应比值A1 382/A1 061分别为0.843, 0.821和0.704, A2 923/A1 061相应比值分别为0.707, 0.680和0.489; 以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。 二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内, 正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。 二维相关红外光谱显示, 正常叶、 锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、 数目及强度存在显著差异。 蚕豆正常叶出现4个强自动峰, 2组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现5个强自动峰, 4组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰, 5组强正交叉峰; 蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强, 而正常叶的各个自动峰的强度最低。 玉米正常叶出现9个强自动峰, 12组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现11个强自动峰, 3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现6个强自动峰, 3组强正交叉峰; 蒜正常叶出现9个强自动峰, 8组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰, 10组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现6个强自动峰, 1组强正交叉峰; 玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强, 而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。 葱正常叶出现9个强自动峰, 5组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现8个强自动峰, 3组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现3个强自动峰, 无正交叉峰出现。 葱正常叶的各个自动峰的强度最强, 而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。 结果表明, 利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、 快速地鉴别研究农作物锈病叶, 有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。

中药是复杂的化学体系, 建立快速、有效的分析方法有助于中药水煎液的实时质量控制。 葛根在处方中常用有三种, 分别为粉葛、野葛和煨葛（葛根炮制品）, 且传统应用中多采用水煎煮的方式, 因此, 采用傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）, 二阶导数光谱（SD-IR）, 结合二维相关红外光谱（2D-IR）对三种葛根水煎液进行快速分析。 结果表明, 通过FTIR和SD-IR光谱能够将粉葛水煎液明显区别于野葛和煨葛水煎液。 经过2D-IR分析, 发现野葛经过煨制后水煎液化学成分发生了变化, 二者在主要的自动峰和交叉峰的位置和强度方面存在较大差异, 在1 800~1 300 cm-1范围内, 野葛水煎液中最强的自动峰为1 556 cm-1, 次强峰为1 561 cm-1, 而在煨葛水煎液中最强自动峰为1 563 cm-1, 次强为1 572 cm-1, 再次为1 556 cm-1。 另外, 在野葛水煎液中出现了明显的1 536和1 634 cm-1自动峰, 二者的强度相当。 野葛及煨葛水煎液的2D-IR光谱中, 出现的自动峰1 448和1 518 cm-1的相对强度有较大的差异。 在野葛水煎液的2D-IR光谱中, 交叉峰（1 518, 1 561）和（1 518, 1 563） cm-1强于煨葛水煎液中相应峰。 凭借2D-IR自动峰和交叉峰可以较直观地鉴别野葛和煨葛水煎液, 并揭示二者相应各官能团的变化规律, 能够为葛根在临床处方应用过程中, 水煎液的快速质量控制提供依据。 利用FTIR, SD-IR结合2D-IR的整体性和宏观指纹性, 可以为中药等复杂体系的逐级鉴别提供快速、准确的方法和手段。

使用太赫兹时域光谱技术对生物饲料添加剂中的地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌三种益生菌进行了室温、充氮环境下太赫兹时域光谱测试。得到了样品在0.2~1.6 THz波段的太赫兹吸收光谱和折射率谱。实验结果表明, 随着频率增加三种益生菌的THz波段的吸收系数是增加的, 并且有不同的吸收趋势及明显的特征吸收峰, 这意味着三种样品的分子及官能团的构成和存在状态是不同的。三种样品明显不同的平均折射率(分别是1.71, 1.67, 1.64)说明太赫兹光通过样品时所产生的色散和吸收是不同的, 这更有力地揭示三种样品的确具有不同的生物成分组成和结构。为了更好地比较和说明太赫兹波识别鉴定益生菌的优势, 还进行了同条件下的红外测试。通过对比发现菌制剂在太赫兹波段比在中红外波段更具有吸收活性, 更能体现其结构差别, 是红外光谱测试的有效辅助手段, 同时, 文中还依据益生菌的生物结构特征首次给出了机理上的解释和探讨。这项研究表明太赫兹时域光谱技术能够填补益生菌检测手段的匮乏, 为益生菌的检测乃至为其它生物饲料添加剂检测提供了一种行之有效的方法。

Due to extremely effective advantages of the quantum cascade laser spectroscopy and technology for trace gas detection, this paper presents spectroscopy scanning, the characteristics of temperature tuning, system resolution, sensitivity, and system stability with the application of the presented gas sensor. Experimental results showed that the sensor resolution was ≤0.01cm–1 (equivalent to 0.06 nm), and the sensor sensitivity was at the level of 194 ppb with the application of H2CO measurement.