基于密度泛函理论, 利用量子化学软件, 在B3LYP/6-311G**(C, H, S)/Lanl2dz (Ag)水平上对苯甲酸(Benzoic Acid, C7H6O2, BA)进行几何优化, 得到BA与Ag原子和Ag离子结合, 即C7H5O-2Ag和C7H5O2Ag的平衡构型, 在此基础上得到了两种形态的计算拉曼谱图, 并和其他文献值进行比较, 其中C7H5O2Ag的计算结果与文献中的BA表面增强拉曼光谱的实验值符合得较好。同时采用简正振动分析方法得到其势能分布, 从而对其简正振动模式进行了全面归属。

光学-光学双共振激发K2到91∑+g高位态, 研究了K2(91∑+g)与H2的电子-振转碰撞能量转移。利用相干反斯托克斯(CARS)光谱技术探测H2的振转态分布, 扫描CARS谱表明H2在(1, 1)、(2, 1)、(2, 2) 、(3, 1)、(3, 2)、(3, 3) 和(3, 5)能级上有布居。由时间分辨CARS轮廓得到H2各振转能级上粒子数之比, 得到H2的平均振动能和平均转动能分别为9063 cm-1和388 cm-1。从91∑+g→11∑+u、11∑+u→11∑+g、33∏g→13∑+u跃迁的时间分辨激光感应荧光(LIF)强度得到它们的自发辐射率和碰撞转移率。在H2压强为3×103 Pa时, K2(91∑+g)与H2的碰撞转移能为16930 cm-1。H2的平均振转能占平均转移能的56％。

基于回转椭球模型和有限长圆柱模型, 采用T矩阵方法研究了非球形生物气溶胶的单次散射特性, 计算了鼠疫耶尔森氏杆菌、土拉热杆菌二种生物气溶胶对氦氖激光的单次相矩阵、单次散射反照率以及不对称因子。根据矢量辐射传输理论, 研究了激光在生物气溶胶中传输的偏振散射特性, 基于累加-倍加法(adding-doubling method)求解矢量辐射传输方程, 并计算了非球形生物气溶胶对激光多次散射的斯托克斯参量。计算结果表明, 生物气溶胶的尺寸和形状对光的极化更为敏感, 因此在利用激光进行生物气溶胶微观特性探测和反演时, 利用激光的偏振散射特性为非常有效的方法。

本文采用静电自组装的方法制备了二维纳米银膜。UV-vis吸收光谱显示其等离子体共振吸收带位于400～900 nm 的光谱范围, 延伸到了近红外区, 可以较好的匹配785 nm 的近红外激发光源。以该纳米银膜为基底, 对2-氨基苯硫酚 (2-ATP) 分子进行了近红外表面增强拉曼散射 (NIR-SERS) 检测, 获得了重复性良好的NIR-SERS 光谱图。实验表明: 以2-ATP为探针分子时, 该纳米银膜的NIR-SERS增强因子达到2.19 ×109。 同时, 本文采用密度泛函理论 (DFT), 以B3LYP/6-31G为基函数, 对2-ATP分子进行结构优化和普通拉曼光谱(NR) 计算, 发现理论值和实验值吻合较好。此外, 对2-ATP 的NIR-SERS谱带进行了归属分析, 发现当2-ATP分子在纳米银表面吸附时, 是以-SH基团吸附到银表面, 且同时-SH基团会被纳米银氧化。

采用多巴胺化学还原法制备了分散性良好的纳米金溶胶, 并检测了其作为表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)基底的性质。粒度和透射电子显微镜测试结果表明金溶胶为平均粒径30 nm左右的球形颗粒, 并且紫外-可见特征吸收峰出现在520 nm, 为典型的金纳米颗粒特征吸收峰。以罗丹明6G(R6G)为探针分子证明了金溶胶良好的SERS增强效果, 用金溶胶对除草剂敌草快(DQ)进行检测, 最低检测限可达1×10-7 mol/L。结果表明所制备的金溶胶具有良好的表面增强拉曼散射活性。

在对称散射和180°背散射两种散射几何设置下获得了单晶透明氮化铝布里渊散射谱图。分析了谱峰出现的原因及其对应的声波模式, 分析了对称散射几何设置下谱图的偏振态。实验观察到对称散射谱图中准纵波峰和背散射谱图中的纯纵模峰, 分析了它们出现的原因。文章根据实验谱图求得了样品材料的全部弹性常数信息。

为了了解波特兰水泥中的水化硅酸钙(C-S-H)的微观结构, 对有无含添加剂superplasticizers (SPs)、从5天到68天的不同老化时间的波特兰水泥样品的X光散射实验, 实验数据结果分析表明C-S-H中钙硅层间距的大小是0.98±0.01 nm, 结果说明波特兰水泥样品中C-S-H中钙硅层间距与样品是否含SPs以及样品的老化时间无关。

借助拉曼光谱技术手段, 对市场上购买的几种宝玉石进行鉴定。通过对它们的拉曼光谱的详细分析结合其表面显微图片, 发现真货与赝品的谱图有明显差异, 可以明显区分出玉石的真假。用拉曼光谱可以实现对宝玉石的真伪进行无损、准确、快速的鉴定。

用激光镊子拉曼光谱法优化红法夫酵母生产虾青素的条件。首先, 将红法夫酵母细胞拉曼光谱与虾青素标准品溶液拉曼光谱进行对比, 找出定量虾青素的拉曼特征峰; 然后对照红法夫酵母生长曲线与不同时间点红法夫酵母细胞内虾青素含量曲线, 进行发酵时间的优化; 最后将红法夫酵母分别用不同氮源、碳源培养基培养, 对比其细胞的虾青素拉曼特征峰强度, 最终优化培养基。由实验可得, 适宜定量虾青素的拉曼特征峰是1520 cm-1峰; 最佳发酵时间为72 h; 最佳优化培养基氮源含硫酸铵4 g/L+硝酸钾4 g/L, 碳源含蔗糖60 g/L。从上述结果可知, 用激光镊子拉曼光谱法对红法夫酵母合成虾青素的条件进行优化, 充分发挥了其操作简便、耗时短、样品用量少、对样品无损伤等优势, 使所得结果更准确可信。因此, 激光镊子拉曼光谱法是红法夫酵母细胞合成虾青素条件优化的理想选择。

在785 nm激发波长观测了乐果晶体及其熔体拉曼光谱, 结果显示乐果晶体60℃熔化后在344, 428和530 cm-1处出现新峰, 498 cm-1处ν(P-S)和648 cm-1处ν(P=S)峰强度发生反转, ν (P=S)峰发生反常蓝移现象。这表明晶体结构长程有序性破坏对乐果拉曼光谱存在较强影响, 在有关乐果溶液拉曼光谱实验和理论研究中应予以考虑。

草甘膦(glyphosate)是一种高效、低毒、非选择性的芽后除草剂。本文首先给出了草甘膦分子的空间结构图, 并用近似方法(Hartree-Fock, HF)对其进行了空间结构优化; 然后分别用HF和密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)两种方法基于基组6-31G计算了该分子的振动特性, 给出了拉曼光谱和红外光谱强度图, 并对比了两种算法的拉曼光谱图和其实验光谱图, 结果显示很好的一致性; 本文还给出了草甘膦分子的各个键长、键角等空间结构参数, 并对草甘膦分子在800 cm-1~1600 cm-1区间的振动谱做了指认。这些工作将促进针对草甘膦分子的农药残留检测领域的研究。

在本刊前一篇文章中, 我们讨论了拉曼光谱在艺术品分析和考古学应用方面的实验技术并报道了一些中国古代艺术品中经常使用的红色、黄色和白色矿物颜料的拉曼光谱。本文延续前文工作, 测量了一些中国古代艺术品中常用的蓝色、绿色和黑色矿物颜料的拉曼光谱, 介绍了相关的背景知识, 并对这些光谱进行了解析, 我们相信, 一套比较全面的颜料拉曼光谱数据, 对于拉曼光谱技术在考古学和艺术品分析方面的应用将会起到重要的参考价值。

提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的橄榄油掺杂拉曼快速鉴别方法。首先, 收集若干己知类别的橄榄油样作为训练样本, 获取其拉曼谱图, 并对其谱图进行预处理和波段选择, 进而构建LSSVM分类器; 对于未知类别的油样, 获取其拉曼谱图, 并进行相应的预处理和波段选择, 由LSSVM分类器获得鉴别结果。实验以7种已知的特级初榨橄榄油为基础, 分别掺入4种其它植物油(大豆油、菜籽油、玉米油、葵花籽油), 获得112个掺杂油样。将全部样本随机分成训练集和测试集, 对测试集样本的预测实验结果表明, 本文方法能有效鉴别橄榄油掺杂, 且掺杂量最低检测限为5%。与其它分类方法相比, LSSVM分类法具有最佳的分类性能。该方法快速、简便, 为橄榄油掺杂鉴别提供了一种全新的方法。

本文通过傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对大红袍和红花的吸收峰的峰强、峰形、峰位进行了对比研究。研究表明, 大红袍和红花的红外光谱图极相似, 在3427、2929、2029、1635、1083、642、529 cm-1 附近均有吸收峰出现且大红袍的强度强于红花, 说明二者含有相同或相近的药物成分。根据光谱图看出, 两种药物具有其各自的特征峰, 这与二者的某些特有功效是相对应的。此外, 大红袍为地方性药物, 红花为中草药常见药物, 此分析为药物大红袍的推广和应用提供了科学合理的依据。

针对废水中氨基酸荧光分析过程中光谱数据去噪声处理过程, 提出了基于多元散射校正思想建立相对荧光强度与浓度关系模型的方法, 建立了荧光测量中多波段波谱系列线性模型。研究结果表明, 实验数据进行线性拟合, 色氨酸呈现出良好线性关系, 通过多元散射校正方法进行光谱数据处理, 有效降低了散射及测量环境噪声的影响, 提高了光谱数据的信噪比, 校正后数据更加准确的表征了色氨酸相对荧光强度与浓度数据之间的线性相关性。建立的多波段波谱系列线性模型为现场检测仪器研制过程中滤波片的选择及混合溶液的在线解析提供了理论依据。

用傅里叶变换红外光谱仪测试了成株期油菜正常植株和根肿病植株的花瓣、叶片、主根、须根四个部位的光谱。光谱显示: 两种植株花瓣和叶片中的主要成分是蛋白质、多糖类和油脂类物质; 正常植株主根中的主要成分是纤维素和木质素; 根肿病植株主根中的主要成分是纤维素、木质素和蛋白质类物质; 两种植株须根中的主要成分是木质素和纤维素。对正常和病变植株相同部位的光谱在3600～2800 cm-1、1800～1200 cm-1和1200～700 cm-1三个范围进行了相关分析, 花瓣间、叶片间的相关系数在0.971以上, 相关度较高; 然而主根间、须根间的相关度较低, 主根在1800～1200 cm-1光谱范围的相关系数只有0.688, 须根在1200～700 cm-1光谱范围的相关系数只有0.618。结果表明, FTIR可以区分根肿病对油菜不同部位的影响, 有望为油菜根肿病的研究提供光谱信息。

利用太赫兹时域光谱技术及密度泛函理论对两种常用的卫生杀虫剂除虫脲和高效氯氟氰菊酯的低频振动光谱进行了研究。室温下观测到两种物质在0.2~2.2 THz内的实验谱分别有5和7个吸收峰, 可作为其在THz波段的指纹谱用于分子识别。为了深入理解太赫兹吸收峰的振动特性, 我们采用Gaussian03和CRYSTAL09软件分别进行了单分子和晶体的密度泛函理论模拟。晶体模拟结果预测出两种物质在0.2~2.2 THz实验谱中所有的吸收峰, 明显优于单分子模拟结果。最后通过晶体密度泛函理论模拟的简正模式分析获得不同吸收峰处的振动模式归属。结果证明太赫兹光谱技术在农药分子识别以及晶体密度泛函理论模拟在太赫兹吸收峰指认和振动模式归属方面的可行性。

采用自行设计的介质阻挡放电反应器, 以氩气和离子液体为放电介质, 实现大气压下稳定的气(等离子体)-液(离子液体)等离子体放电, 并运用光谱法在线诊断氩等离子体光谱。考察了不同咪唑基离子液体以及放电参数对大气压氩气介质阻挡放电光谱的影响。结果表明, 离子液体的引入降低了氩气放电光谱的强度, 谱峰强度与离子液体阳离子咪唑环上的碳链长度有关, 且随碳链长度增加, 谱峰强度降低; 同时阴离子结构对称性低的离子液体, 谱峰强度较低。加入离子液体后氩谱随放电电压及放电频率变化均呈现峰值变化。

在惯性约束核聚变激光驱动装置中, 光路庞大复杂且元器件众多, 为保证激光系统正常运行需对光路进行精密调节。特别是装置中的多个4F系统, 需调整激光光路使其聚焦后对准焦平面滤波小孔中心, 以保证激光顺利通过并实现低通滤波作用。目前实际工程中采用凹透镜背光照明的方法判断光束是否准确过孔, 但该方法步骤繁琐且调整精度较低, 给实际光路调整带来了极大的不便。本文基于全息原理, 提出了一种简单高效的4F系统光路调整方法, 通过一特殊设计的分光照明衍射光学元件, 可一步实现激光聚焦过孔的判断与调整, 可有效解决现有4F系统光路调整的困难。