抗生素和磺胺类药物在预防感染, 治疗疾病方面起到巨大作用, 从而被广泛使用。由于这些药物在生物体中无法完全代谢, 随着食物链循环造成环境污染并对人类形成持续危害。近年来对于这些药物的监管逐渐被人们所重视。基于局域表面等离子体共振的表面增强拉曼光谱法(SERS)可以将吸附在粗化的金属表面分子的拉曼信号进行增强, 检测极限可达单分子量级, 因此, SERS相关技术被广泛用于痕量物质检测, 检测极限主要决定于SERS基底的活性。本研究工作采用脱合金方法, 制备出了均匀、孔径可调纳米多孔银基底, 并用于磺胺嘧啶和磺胺醋酰检测, 检测极限达到了0.25 μg/kg和2μg/kg, 远远低于我国农业部规定的磺胺类药物最大残余量100 μg/kg。且拉曼特征峰峰强与药物的浓度表现出良好的线性关系, 检测动态监测范围高达6个量级 。研究所得纳米多孔银可推广用于其他物质检测, 具有潜在的应用价值。

离轴积分腔输出光谱技术是痕量气体检测的重要方法, 这种测量方法的检测限容易受到残余腔模式噪声和背景噪声的影响。 通过注入射频白噪声到激光器的调制电流中, 以减小离轴积分腔输出光谱中的残余腔模式噪声, 同时利用波长调制技术抑制了背景信号的影响, 进一步提高了基于离轴积分腔输出光谱技术的甲烷传感系统的信噪比。 首先, 详细研究了不同功率射频白噪声对空气中甲烷吸收光谱的影响, 并对吸收谱的线宽进行了分析, 计算出了不同功率噪声扰动下的吸收谱对应的最佳调制幅度。 随后, 研究了不同功率的射频白噪声对2f信号的影响。 结果表明, 随着扰动噪声功率的增加, 基线噪声水平和2f信号幅值同时减小。 对几组2f信号的信噪比进行分析, 确定了射频白噪声提高系统信噪比的最佳功率为-25 dBm。 最后, 研究了0.05~2.2×10-6浓度范围内, 甲烷浓度与2f信号之间的对应关系, 结果表明: 在甲烷浓度小于1.0×10-6时, 甲烷浓度与2f信号之间的线性度为0.999 6; 在甲烷浓度为0.1~2.2×10-6时, 甲烷浓度与2f信号之间呈曲线关系, 二阶多项式拟合的相关度为0.999 89。 此外, 对浓度为2.2×10-6的甲烷气体进行了长时间的测量, 并利用Allan方差对系统的稳定性进行了分析, 分析结果表明系统的最佳积分时间为1 250 s, 系统的可探测极限约为1.2×10-9。 最后, 使用建立的甲烷气体探测系统, 对大气环境中的甲烷气体浓度进行了长达两个昼夜的检测, 结果显示甲烷浓度的昼夜变化规律是昼降夜升, 浓度昼夜波动范围在2.02~2.3×10-6范围内, 平均浓度为2.14×10-6。 本研究为离轴积分腔输出光谱技术在痕量气体测量方面的应用提供了一定的参考, 对高精密的原位痕量气体测量仪器的研发具有重要的指导价值。

通过分析血糖浓度变化对光学参数的两种作用及其对光传播的影响,针对葡萄糖主要分布于皮肤真皮层的特点,引入了有效信噪比的概念,推导出血糖检测极限浓度与光源检测器之间距离和有效仪器信噪比之问的关系.针对不同个体表皮和真皮厚度的差异,用蒙特卡洛方法研究了其对检测极限浓度的影响,讨论了光学测头设计的方案和适应性.结果表明,通过选择合适的光源与检测器之间距离,来自真皮层的有效信号能超过50%;假定仪器信噪比为10 000,可获得满足FDA要求的血糖检测极限浓度.

目前对环境污染物的检测手段有多种,但都存在一定的局限性,作者介绍了一种环境污染气体检测的新方法-离子迁移谱(IMS)法.结合本实验室的研究工作简述了设计制作IMS的基本结构,介绍了IMS的基本原理,阐述了近期国际上IMS在环境污染物(如苯系物、卤代烯烃、全氟化碳、醇类及多环芳香烃等)检测中的研究进展,最后通过对研究结果进行分析,得出IMS在环境污染物检测这一领域中正逐步吸引越来越多的科学家的兴趣,是一种非常有效的环境检测方法,具有重要的应用价值和发展前景.