拉曼光谱技术因其可有效避免样品中水的干扰、样品前处理简单、可快速无损分析以及表面增强拉曼可极大增强检测灵敏度等显著特点,在药物分析领域中的应用逐渐增多。本文旨在概述十几年来拉曼光谱技术在药物鉴别、药物定量分析、药物晶型分析、药物生产质控过程监测、药代动力学等方面的具体研究实例,对拉曼光谱技术在药物分析领域中的研究应用进行一次较为全面的综述,为之后该领域研究提供必要参考。

为了精确的检测眼部疾病造成的整个眼睛形状和尺寸的变化,需要对全眼深度进行高分辨率成像。光学相干层析(OCT)技术作为一种非接触、无损伤高分辨成像技术成为近年来在眼科临床检测及机理研究的有力工具。然而传统的傅里叶域光学相干断层扫描(FD-OCT)受其成像深度的限制不能实现全眼成像。随着OCT技术的发展,成像深度不断提高,近年来逐步实现了全眼OCT成像,并被成功应用于全眼参数测量的研究中。本文全面介绍了全眼FD-OCT技术的发展和应用,重点阐述了频域OCT(SD-COT)和扫描光源OCT(SS-OCT)的最新发展。研究表明,全眼OCT技术对眼睛病理变化的检测有潜在的临床应用价值,并为研究眼部调节、眼部生长以及生物统计学提供了强有力的成像方法。

本文基于Mie散射理论,设计了三种(Au,Au-介质,介质-Au)球形纳米结构,并研究结构参数及周围环境对结构的光散射性质的影响。说明结构外半径的增加会使共振位置发生红移,线宽增加,并且偶极近似不再成立。经研究发现,在偶极近似下,Au-介质纳米核壳结构中核半径的增大使得散射峰增强,线宽也比金球颗粒的小。并且介质折射率的增加,会使散射峰进一步增强,并产生一定的红移。对于介质-Au纳米核壳结构,当Au层厚度较小的情况下,球模和腔模之间的强耦合作用使得共振峰位置发生较大的红移,散射峰也显著增强。并且随着介质核的折射率增加,会进一步使得模式发生红移。考虑到实际应用,最后通过在Au-介质纳米核壳结构的介质层引入增益,或者减小介质-Au纳米核壳结构半径,发现其均能在石英环境中实现可见光波段的窄带强散射。这些研究结果将对高性能透明显示屏的制备提供重要的理论依据。

农药残留严重影响人类身体健康与生命安全,故亟需建立一种简单高效的农药残留快速检测方法。本文以金纳米溶胶作为表面增强拉曼光谱(SERS)的增强基底,结合便携式拉曼光谱仪,实现了倍硫磷与对硫磷等常用有机磷农药的多靶标同时检测。结果表明倍硫磷和对硫磷分别在1053 cm-1,1216 cm-1和857 cm-1,1112 cm-1处具有特征拉曼谱峰,且两者互不干扰。同时进一步研究表明,倍硫磷和对硫磷的浓度与其特征拉曼谱峰强度线性相关,故可实现定量检测,其中倍硫磷检测限可达0.01 μg/mL对硫磷检测限可达0.025 μg/mL。同时,该SERS方法可直接用于菠菜实际样品中多种农药残留的多靶标快速检测,检测限达到0.05 μg/mL。该SERS方法具有方便、快速、灵敏度高、多靶标同时检测等优点,有望实现农药残留的现场快速检测。

本文通过使用多巴胺二硫代氨基甲酸(DDTC)作为还原剂来控制银纳米颗粒以异相成核的生长模式在金立方表面进行生长,合成出“爆米花”状的金银纳米超结构。这种结构的纳米颗粒在可见光区表现出可调谐的等离子体共振特性,并且通过改变硝酸银的浓度能够精细的调节银层的厚度。此外,使用液液界面自组装技术将纳米颗粒组装成单层膜,然后将结晶紫作为探针分子来研究纳米颗粒的表面增强拉曼散射特性(SERS)和银层厚度之间的依赖关系。并系统的研究了三种激发波长对SERS基底的响应。结果表明“爆米花”状的金银核壳超结构具有可调节的局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性,在太阳能电池、催化、化学传感等领域具有广阔的应用前景。

CS2气体是一种大气恶臭污染物,也是全封闭气体绝缘组合电器故障诊断的重要特征气体。但检测环境的温度变化直接影响监测数据的准确性。研究利用CS2在紫外波段有明显的特征吸收特性,采用连续光源以及差分吸收光谱技术对不同浓度的CS2气体,在不同温度环境下进行监测。CS2气体浓度的反演采用最小二乘法,并对反演结果进行最小二乘法拟合得到温度补偿公式。实验结果显示CS2气体差分吸收强度随温度的上升呈二次曲线式减小,导致浓度误差逐渐增大,在气体浓度较低时尤为明显。将温度补偿公式用于实际浓度的测量,实验浓度的误差由补偿前的最大17%降至5%以内。

利用三维显微镜、扫描电镜能谱(SEM-EDS)及拉曼光谱(Raman)等手段,对一件私人藏包金嵌宝石六瓣葵花铜镜进行了科技分析。结果显示:铜镜上镶嵌的宝石有铅白、白云石(CaCO3)、水晶(SiO2)等;铜镜上包金片及金颗粒均为含有20%左右银的金银二元合金;金颗粒的粒径大小不一,介于33.8~90.3 μm之间;拉曼光谱分析还显示其上的绿色锈蚀物中含有普鲁士蓝。综合器型及科技分析结果可知,这是一件经过修复处理的唐代包金嵌宝石铜镜。

为了填补前向散射能见度仪校准的空白,利用激光腔增强技术,搭建了一套开放式能见度校准系统,通过在能见度模拟舱中用气溶胶发生器产生单分散硬脂酸气溶胶颗粒产生模拟能见度环境,实现前向散射能见度仪的校准。与前向散射能见度仪、透射式能见度仪分别在小型模拟舱((长2m×宽1m×高1m))和大型模拟舱(长20m×宽3.5m×高3m)中开展了比对实验,实验结果表明,在100~2000 m能见度范围内,与透射式能见度仪的相对误差在5%以内,与前向散射能见度仪的相对误差在10%以内,均具有较好的一致性。这套系统可以用在较小的小型能见度模拟舱中,为前向散射能见度仪的实验室校准提供可行的技术手段。

为实现现场残留手帕纸塑料包装袋的检验区分,利用拉曼光谱法对35个不同品牌、不同系列、不同颜色的样本进行检验,依据拉曼光谱的差异,基于欧氏距离结合K均值聚类法,可将手帕纸塑料包装袋样本加以区分,同时考察了该法的重现性及分类可靠性。该检测分类方法不破坏检材,重现性好,分类客观性强,容错率高。为后续快速检验区分现场提取到的污染易损残片提供了理论依据。

采用微球自组装及倾斜真空热蒸镀技术制作了三维手性壳状银纳米结构,采用Z扫描技术研究了该样品在532nm波长、4ns脉宽的Nd:YAG 激光入射下的非线性饱和吸收特性。研究结果表明,当入射激光强度达到 2.5×109 W/cm2时,其非线性吸收系数可达-1.45×10-5 cm/W,该结果比文献报道的悬浮液中的胶体银纳米颗粒的非线性吸收系数(-1.5×10-9 cm/W)大四个数量级。实验还发现,该样品的非线性吸收系数随着入射激光的偏振方向改变而出现明显的变化。文中对其非线性吸收的增强机理及偏振依赖性进行了分析讨论。

集成成像技术是一种可以复现空间光场的显示技术,该技术具有结构简单、无需辅助设备、可以多人同时观察等特点,这项显示技术在科学研究、医学、教育等方面都有广阔的应用前景。但是传统的集成成像技术应用到相关领域时遇到了一些问题,诸如分辨率太低、可观察角度不足等,这是因为传统集成成像技术往往以妥协的方式平衡显示参数之间的关系,很难同时保证多个参数的表现。为了提高集成成像技术的显示性能,全息功能屏被加入了显示系统并且取得了预期的效果。本文探讨了这种加入了全息功能屏的集成显示系统的原理同时给出了其显示参数的数学形式,给出的公式可以帮助设计满足相应要求的集成显示系统,同时基于该理论开展的实验一并在文中给出。实验表明本文中设计组装的集成成像显示系统符合理论预期且具有较高的显示性能。该系统的分辨率达到了相同尺寸平面显示器790×444像素的效果,显示视角达到60°,这样的显示参数已经接近早期液晶显示系统,相信在将来该种显示技术可以得到广泛的应用。

余家坝遗址位于重庆市开州区(原开县)渠口镇钦云村余家坝东北部,是重庆三峡库区最重要的巴人遗存之一。自20世纪80年代该遗址被发现以后,先后进行四次发掘,出土随葬品中以青铜兵器为特色。本文利用超景深显微镜和激光拉曼光谱仪对重庆开州区余家坝遗址出土10件青铜剑的腐蚀产物进行无损形貌观察和结构分析,并探索其腐蚀原因,以期为后续开展的保护修复提供理论依据,同时为巴式青铜兵器腐蚀研究提供借鉴。分析结果显示,该批青铜剑的腐蚀可分为两类,第一类表面相对光滑、致密,其主要腐蚀产物为孔雀石、锡石和赤铜矿;第二类表面附着较多锈蚀,腐蚀产物种类较多,除孔雀石、锡石、赤铜矿外,还发现有磷铜矿、蓝磷铜矿、氯铜矿、水胆矾和磷氯铅矿等腐蚀物。在后续开展的保护工作中,应根据不同的腐蚀产物种类采取相对应的保护修复措施。

现如今一种商家称为“象骨”的工艺品在珠宝市场上十分普遍,仅用常规技术无法准确鉴定,为弄清此类工艺品的材料属性,本文通过宝石学常规测试、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线荧光光谱(EDXRF)等技术手段,分析其谱学特征,并与象牙进行了比较。研究结果表明:此类工艺品材料折射率RI:1.55±,呈较强蓝白色紫外荧光,具有断续平直的微裂纹。FTIR、Raman、EDXRF分析揭示由生物成因磷酸钙和胶原蛋白类有机物构成,含主要微量元素Al、Zn、Sr,物质组成与象牙相似。以无勒兹纹,缺少微量元素Mg、Si,主量元素Ca和P含量高于象牙,红外吸收光谱1500～1700 cm-1之间指示胶原蛋白酰胺键C-O、C-H伸缩振动,及N-H面内弯曲振动的吸收峰明显弱于象牙等特征,可与象牙相区分。据其表面微裂纹、折射率以及物质组成等特征推断为骨制品。由于尚无象骨标准物质及特征数据做比对,笔者认为下一步通过市场调研掌握其产地、供货渠道、生产过程等真实来源信息是更准确鉴定此类工艺品材料的关键。