本文综述了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基光散射材料的研究进展,比较分析了其光散射粒子和制备方法的优缺点及其对光散射性能和其它宏观性能的影响;探讨了PMMA作为光散射材料基体在吸湿性、耐热性、韧性和表面硬度等方面的改性方法;最后对PMMA基光散射材料进行了总结和展望.

微生物的分类与鉴定是其有效利用的基础.显微拉曼光谱技术具有空间分辨率和灵敏度高、免培养、无损、快速分析等优点,在微生物鉴别领域占据越来越重要的位置.本文详细介绍了该技术在细菌(包括极端微生物)的鉴定与分类及生理学等研究领域的进展.

通过置换反应在金属铝表面制备了表面没有任何保护剂且具有红外增强作用的镍岛膜,用 SEM、 XRD 和表面增强红外光谱对其形貌和性质进行表征.结果表明:铝片上沉积出的镍呈岛状结构,镍岛膜由大量的二次镍粒子和少量的一次镍粒子通过密堆积的方式构成;首次发现具有这种特殊结构的镍对吸附于其表面的有机分子的红外吸收光谱有较大的增强作用,使得表面增强红外光谱可以用于痕量分析、检测.

本研究采集了甲醇中二嗪农溶液在银胶中的表面增强拉曼光谱,解析了其光谱内容,并对甲醇中含不同梯度浓度二嗪农样本溶液进行定量探索.结果表明,农药二嗪农在430 cm-1,561 cm-1,602 cm-1,816 cm-1,893 cm-1,1125 cm-1,1275 cm-1,1309 cm-1,1372 cm-1处有明显的表面增强拉曼特征峰,其中561 cm-1,602 cm-1,816 cm-1三处的特征峰可以用于农药二嗪农的定性分析,检出限为0.006 mg/mL.在此基础上,利用偏最小二乘法(PLS)和主成分回归法(PCR)建立了甲醇中二嗪农溶液的定量分析数学模型,对校正集和预测集进行了定量分析.其中,基于偏最小二乘法(PLS)的校正模型分析结果为:相关系数R2为099926,RMSEC为0.0120,预测集RMSEP为0.0419;基于主成分回归法(PCR)的数学模型分析结果为:校正集相关系数R2为0.99970,RMSEC为0.0260,预测集RMSEP为0.0388.结果表明,共焦显微光谱仪结合表面增强拉曼散射(SERS)技术检测农药二嗪农含量准确性较高,可用于农药二嗪农的定性及定量检测.

计算了乌洛托品的拉曼光谱,并以银溶胶为活性基底研究了乌洛托品的表面增强拉曼光谱(SERS).研究了氯化钠作为促凝剂时的增强效果,结果表明对于银溶胶氯化钠有很好的优化作用.测量不同浓度乌洛托品溶液的SERS,当乌洛托品水溶液浓度低至10-8g/mL时,依然可以得到明显的拉曼光谱信号.选择1052 cm-1处的拉曼特征峰作为研究对象,建立了乌洛托品SERS特征峰强与水溶液浓度之间的函数关系.将这种乌洛托品的检测方法应用于粉丝样品的检测之中,检测下限为10-6g/mL.此种方法操作简便快捷,在粉丝中乌洛托品的快速定性检测方面具有特有的优势.

本文介绍一种集成微通道的表面增强拉曼基底.采用湿法刻蚀方法在硅片上形成微通道,然后电子束蒸发沉积金薄膜,最后在300 ℃温度下高真空退火30分钟,使微通道内形成均匀且高密度的金纳米颗粒结构.用场发射扫描电子显微镜(SEM)对基底表面进行表征发现:金膜厚度对基底的表面形貌影响很大,5 nm厚的金膜在退火后形成了均匀的高密度的纳米颗粒结构,而10 nm厚的金膜退火后没有得到高密度纳米颗粒结构.用10-6 M的罗丹明6G作为探测分子进行拉曼实验测试结果同样表明:5 nm厚的金膜退火后形成高密度的金纳米颗粒显著地增强了R6G拉曼信号.同时,对比了宽度分别为25、60、110 μm三种尺寸的微通道的基底表面形貌和拉曼增强效应,微通道尺寸对表面形貌和拉曼增强效应影响均很小.

本文用柠檬酸三钠还原硝酸银的方法制得银纳米粒子,并且通过调节加入正硅酸乙酯(TEOS)的量形成不同包裹厚度的Ag@SiO2.用紫外可见吸收光谱、扫描和透射电子显微镜测试手段对样品进行了分析和表征.获得了比较均匀的银纳米颗粒,加入TEOS后,在银纳米颗粒的周围包裹了一层二氧化硅膜,形成分散性较好的Ag@SiO2纳米颗粒.通过吡啶分子来探测不同SiO2厚度的Ag@SiO2的包裹致密性以及增强效果,选出增强效果最好的Ag@SiO2作为SERS基底,并把它运用于检测农药的残留问题.实验结果表明当加入1 μL的TEOS时形成的Ag@SiO2纳米颗粒包裹得均匀致密并且拉曼增强效果很好.

本文采用低压化学气相淀积(LPCVD)技术,以甲烷CH4作为反应碳气体源,氢气H2作为稀释气体,将两者混合后,在n型Si(111)衬底上反向外延生长n型3C-SiC薄膜.采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RAM)及扫描电子显微镜(SEM)对生长的3C-SiC薄膜进行测试和分析.对比在相同的反应温度下,不同的热处理方式对生长的3C-SiC薄膜质量的影响,进一步探讨SiC薄膜反向外延生长工艺的改进方法.结果表明,较慢的降温速率能够生长出质量较高的3C-SiC薄膜.

本文首次应用拉曼光谱技术对β-Bi2O3进行了温度范围为78~300 K的拉曼光谱研究,在220 K左右,观察到A1(1),A1(2),A1(3),B1几个振动模的半峰宽明显展宽和绝对强度急剧降低的现象.重点讨论了氧离子相关的几个拉曼振动模,指出这种半峰宽展宽的现象是β-Bi2O3内氧离子晶格无序化造成的.借助于理论模型,对氧离子晶格的势能环境进行了理论分析,用半峰宽数据拟合出β-Bi2O3中氧离子无序激活能为0.2 eV.

采用多巴胺化学还原法制备了分散性良好的金溶胶,在硅片表面组装成膜,并应用其作为表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)基底在线检测牛奶中的三聚氰胺.通过场发射扫描电镜与原子力显微镜表征金膜形貌,金颗粒的平均粒径约为100~200 nm,形成的金膜均匀致密,表面粗糙度为51.705 nm,适合作为SERS基底.应用搭载该金膜的流动检测装置,实现了对溶液及牛奶中三聚氰胺的实时检测.

测量了邻苯二甲酸二甲酯的拉曼和红外光谱.基于密度泛函理论,采用B3LYP 混合泛函和6-311++G(d,p)基函数组,计算了分子的平衡构型和振动光谱.计算结果表明:分子结构参数的理论值与文献报道相符;各相关振动模的理论计算值与实验观测值较好吻合.利用简正振动分析方法得到了邻苯二甲酸二甲酯分子各简正振动的势能分布,并由此对分子的振动频率进行了全面归属.文中的实验研究和理论分析将有益于今后对该分子振动谱的进一步研究.

本文利用傅里叶变换红外(FT-IR)和拉曼(Raman)光谱方法在室温下对拉米夫定药物的水合与无水晶型进行表征,并对两种晶型的分子振动模式进行归属.结果表明两种晶型在分子振动模式上有着显著不同.此外,使用Raman光谱技术研究其水合晶型在加热过程中因失水而导致的晶型转变的动态特性,并选取拉曼光谱中峰面积随加热时间变化的785和798 cm-1处特征峰,建立单指数数据拟合模型.由结果可知,在水合晶型加热转变过程中,水合晶型特征峰的消失与无水晶型特征峰出现的速率一致.该结果为多晶型药物的质量监控及建立药物晶型转变模型的研究提供了理论依据.

利用时域有限差分方法,研究了银纳米棒双体结构的散射光谱及其电场分布,并对其局域表面等离子体耦合共振特性进行了分析.研究表明随着银纳米棒之间的距离变大,其表面等离子共振峰的强度逐渐变弱,横向四极模式和横向偶极模式峰位基本不变.纳米棒半径的增加和夹角的变大,都会引起峰值强度明显增强.通过场分布计算发现,纳米棒半径的增加和夹角的变大都可以在颗粒的近场区域产生“热点”,这种局域电磁场显著的增强对表面增强拉曼散射、荧光探针、纳米催化等方面的应用具有参考价值.

拉曼光谱法可实现样品的快速定量分析,但发酵液等复杂体系中样品的拉曼强度与被测组分含量之间的良好线性关系难以直接得到.本实验中将待测样品与纯被测组分的拉曼光谱均视为向量,并按照向量点积公式计算向量之间的夹角.在被测组分的拉曼光谱特征峰波段,对多组样品在不同光谱区间的向量夹角矩阵和被测组分含量进行偏最小二乘回归,建立定量分析数学模型,从而以光谱向量之间的夹角作为定量指标实现葡萄糖发酵液中乙醇含量的快速测定.选取的主成分数为6时,所建模型校正集和预测集中预测值与实测值的线性相关系数分别为0.9993和0.9933;校正集均方根误差为0.2171.其建模所用样本数量少、对样品无损坏,方法适用于发酵在线监测和过程分析.

为了开展超高真空拉曼光谱学的研究,我们自主研制了超高真空拉曼光学显微镜.该显微镜作为一个独立单元,可安装到超高真空系统上,对其中的样品进行光学显微成像和微区拉曼散射光的提取和汇集.配合一台JY iHR550光谱仪所做的光谱测试表明,该显微镜对拉曼散射光的提取和汇集能力在光谱分辨、信噪比和低波数性能等方面均已达到国际商用仪器的水平.将此显微镜集成到一套超高真空系统上,初步研究了加热、通电对石墨烯拉曼光谱的影响和石墨烯的光电效应,得到了令人满意的实验结果.

采用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)测试了4个不同年份储藏的小麦样品,获得4个样品的太赫兹时域光谱,根据实验数据计算不同年份储藏小麦在0.2~1.2 THz波段的折射率和吸收系数等光学参数.结果表明,不同年份储藏小麦样品的折射率和吸收系数均存在差异,2011年储存的小麦样品的折射率明显低于其他年份储藏小麦样品,且4个样品的吸收系数都随着频率的增加而增加.该研究为小麦新陈度的检测分析提供了新的实验方法,对进一步进行小麦品质的检测具有指导意义.

在1000~800 cm-1频率范围内,分别采用一维红外光谱法、二阶导数红外光谱法和四阶导数红外光谱法测定了聚丙烯的结构.研究发现:809 cm-1、841 cm-1、900 cm-1和998 cm-1频率处的四个红外吸收峰均归属于等规聚丙烯晶体红外吸收谱带(δcrystalline).进一步采用二维红外光谱法研究了温度对聚丙烯δcrystalline的影响.研究发现,随着测定温度的升高(30~120℃),聚丙烯分子中δcrystalline红外吸收强度变化快慢顺序为:998 cm-1>841 cm-1>900 cm-1>809 cm-1.此项研究显示出二维红外光谱技术在聚丙烯高分子材料热变性分析中的重大作用.