西安工业大学材料与化工学院， 陕西 西安 710021
表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高灵敏度、 高分辨率、 无损检测及不需要预处理等优点， 已成为一种可以实现定性定量分子检测的有力工具， 使目标分析物信号放大的痕量检测技术， 甚至能够在分子水平上提供丰富的结构信息。 虽然SERS增强机理一直存在争议， 但目前被广泛接受的增强机理包括物理增强(电磁场增强)和化学增强(主要为电荷转移的贡献)。 随着近年来金属、 非金属等诸多材料应用于SERS领域， 诸多学者对于影响SERS基底的增强因素产生广泛兴趣， 对于SERS增强机理的研究具有重要意义。 综述中主要从SERS电磁增强机理、 化学增强机理及两者的协同机理三个方面对SERS增强机理进行阐述， 分析哪些因素影响基底增强效应， 为SERS增强机理的分析提供一些参考。 同时提出不同基底结构在增强机理分析过程中面临的问题: (1)在电磁增强机理中， 单一贵金属基底因其“热点”分布不均匀、 不可控因素导致SERS灵敏度和重复性差等因素， 对SERS电磁增强机理影响效果较大; (2)在化学增强机理中， 单一半导体材料由于价格实惠、 材料性能较稳定、 表面易于改性等优点被广泛应用于SERS基底、 由于增强能力较低等因素、 对SERS化学增强效果不明显; (3)SERS基底不再局限于单一的金属或者非金属材料， 更多是金属-非金属两者的结合， 既能够弥补贵金属的缺点， 也能利用非金属的优点， 通过电磁增强机理和化学增强机理的协同作用有效提高SERS增强能力。 对于SERS增强机理的分析， 有助于制备均一性强、 重复性高的SERS基底， 为SERS基底的制备提供参考。
表面增强拉曼散射 电磁场增强机理 化学增强机理 SERS基底 Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) Electromagnetic enhancement mechanism Chemical enhancement mechanism SERS substrate 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1340
1 新疆师范大学化学化工学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆储能与光电催化材料重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830054
随着化石燃料的日益枯竭, 人类社会对能源的需求在不断增长。 为了平衡能量应用需求并提升能量使用效率, 开发高效能量转换材料与电化学储能材料成为当前研究的重要课题。 导电聚合物基电极材料面临着相应储能器件能量密度、 功率密度、 循环性能不高的挑战, 需进行结构改性提高电导率、 改善界面性质。 鉴于共轭高分子的电子结构、 光学及电化学性质由共轭链骨架结构决定, 对导电共轭聚合物进行结构修饰以提升其电荷传输性能和载流子迁移率, 进而设计合成新型高迁移率导电聚合物基共轭聚合物是提高相应器件特性的关键所在。 已有研究大多借助复杂的结构设计来实现提升迁移率, 设计合成了结构简单, 有助提升电荷迁移的新型窄带隙聚联苯胺基共轭聚合物聚物。 通过光谱学及电化学方法对材料结构与性能进行了表征分析。 采用核磁共振氢谱、 红外光谱, X射线粉末衍射对单体及聚合物进行了结构表征, 通过紫外光谱、 紫外可见漫反射、 循环伏安、 计时电位、 交流阻抗对其进行了光学及电化学性能测试。 结果表明, 成功制得具有预期结构的共轭聚合物, 所得聚合物结晶性较佳, 光学带隙Eoptg为1.85 eV, HOMO及LUMO能级分别为-5.44和-3.59 eV, 前者高于, 后者则低于大部分文献值, 呈现可同时促进p-型和n-型掺杂的结构特性, 具备增强材料容纳电荷能力的性能优势。 聚合物储能特性受化学结构、 晶体结构及微观形貌综合影响。 改善材料微观结构特性有助于提升其电子电导率, 但层状致密块体形貌特征又使其离子电导率受限。 电化学性能测试结果显示, 聚合物具有一定电化学活性, 具有较小的电荷转移阻抗, 具备基本满足使离子顺利扩散的条件, 0.05 A·g-1时的放电比电容达256.6 F·g-1。 研究结果表明, 制得的联苯胺基窄带隙共轭聚合物在光电转换、 储能及微型电子器件中有广阔的应用前景。
联苯胺基 共轭聚合物 窄带隙 电化学活性 Benzidine based Conjugated polymer Narrow band gap Electrochemical perfomance 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3751
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学量子信息交叉中心，湖南 长沙 410073
核磁共振陀螺中内嵌磁力仪性能的优化对提高陀螺的灵敏度具有重要意义，其中探测光频率的选取十分重要。为了研究探测光频率对内嵌磁力仪的影响，建立了探测光频率与磁力仪信号关系的理论模型，得到了探测光频率对磁力仪信号影响的优化策略。仿真分析和实验结果表明，在合适的气室温度(120 ℃)条件下选择约－17 GHz的探测光D1线频率失谐量，可使信号强度相对于极小值优化约三个量级。通过引入超精细结构修正，解释了实验D1线正负频响应不对称以及中心频率附近局部极值的现象，证明了理论模型的可靠性。研究结果为探测光最优频率的选取提供了指导。
量子光学 核磁共振陀螺 内嵌磁力仪 法拉第磁致旋光效应 探测光频率 中国激光
2022, 49(21): 2112001
1 交通运输行业公路建设与养护技术、材料及装备研发中心, 郑州 450000
2 河南省交通规划设计研究院股份有限公司, 郑州 450000
3 河南省固废材料道路工程循环利用重点实验室, 郑州 450000
4 中国建筑第七工程局有限公司, 郑州 450000
5 郑州大学土木工程学院, 郑州 450000
为缓解石油沥青短缺局势, 探索微藻油用于沥青改性可行性及改性沥青长期性能, 将微藻液经降解、离心、萃取得到微藻油并制备改性沥青。通过不同微藻油掺量下改性沥青延度、软化点和黏度确定微藻油最佳掺量, 通过高低温流变试验、混合料路用性能试验分析微藻油改性沥青经旋转薄膜烘箱(RTFOT)短期老化、压力老化容器(PAV)长期老化和紫外老化后性能变化并与SBS改性沥青对比, 借助红外光谱分析微藻油改性沥青分子结构组成。结果表明: 微藻油掺量为30%(外掺质量分数)时, 改性沥青延度达到最大值, 软化点和黏度满足改性沥青要求; 微藻油改性沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青经RTFOT短期老化后性能差异不显著, 微藻油改性沥青耐PAV长期老化和耐紫外老化性能优于SBS改性沥青, 尤其是耐紫外老化性能更优。红外分析表明两种改性沥青均含有乙烯基双键、芳香族C-H、甲基和亚甲基等类似成分, 但芳香族C-H、伸缩C-C成分含量存在差异。微藻油改性沥青比SBS改性沥青增加的酰胺不饱和基团和羧基利于改性沥青形成网络分子结构。
道路材料 微藻油 改性沥青 老化 流变 路用性能 红外光谱 road material microalgae oil modified asphalt ageing rheology road performance infrared spectrum
西安工业大学材料与化工学院, 陕西 西安 710021
表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高效, 灵敏, 无损检测等特点, 能实现对分析物分子的极低浓度检测, 被广泛应用于痕量分析领域。 在生产和生活中, 有些毒性物质或非法添加剂被人体摄入或长期接触后, 在体内不断累积, 最终导致中毒或者组织器官发生病变; 环境中过量的有害物质残留, 由于其本身的毒性或者使菌株和害虫产生抗药性而造成的生态系统破坏, 会严重影响人们的正常生活; 有些生物分子伴随疾病产生, 可作为疾病的标志物, 能给予人体健康诊断信息; 有些抗癌药物由于本身具有毒性, 使用时需要严格控制用量。 因此, 利用SERS技术对各领域分析物分子的微量检测意义重大。 对SERS技术的发展、 SERS增强机理和检测分析物分子的意义做了简单介绍, 以化学分析、 环境监测、 生物医学和食品安全等领域部分分析物分子为切入点, 重点介绍了SERS基底的制备工艺和检测分析物分子的检出限, 并对拉曼增强机理进行阐述。 检测低浓度的分析物分子, 主要依靠SERS基底与分析物分子之间的有效吸附, 通过基底产生的局域电磁场或者基底与分析物分子形成新的化学状态, 使分析物分子拉曼信号增强。 同时指出在对分析物分子定性定量分析方面面临的诸多挑战: (1)SERS基底大多以金银为原材料, 成本高且不稳定, 对分析物分子检测能力随时间延长而降低; (2)分析物分子在基底表面分布不均, 导致点对点之间差异大, 分析物分子浓度无法通过拉曼特征峰强度来准确获得且拉曼信号易受荧光和背景噪声干扰; (3)微量毒性分析物分子无法被检测出来, 通过食物链或生态系统持续在人体累积, 最终对人体造成不可逆的损伤。 总结了不同领域常见的分析物分子, 为利用SERS技术检测各领域分析物分子提供了分析和比较的基础, 并为不同SERS基底的拉曼增强效果提供参考, 对于推动SERS技术检测不同领域分析物分子具有重要意义。
表面增强拉曼散射 化学分析 环境监测 生物医学 食品安全 Surface-enhanced Raman scattering Chemical analysis Environmental monitoring Biomedical detection Food safety
1 华北电力大学 1. 电子与通信工程系
2 2. 河北省电力物联网技术重点实验室
3 3.保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
研究了大气折射效应对星地量子密钥分发(QKD)系统的背景光误码率的影响, 研究过程中考虑了白天晴天、满月夜晚和无月夜晚三种不同的背景光条件。建立了分层结构的星地QKD信道传输模型, 模拟大气折射效应对信号传输距离的影响; 基于此模型仿真分析了考虑和忽略大气折射效应时只考虑背景光的误码率随天顶角的变化趋势。结果表明: 忽略大气折射效应将对背景光误码率产生较大的影响, 此外在无月夜晚背景光条件下可以获得相对最低的误码率。
星地量子密钥分发 大气折射 背景光 误码率 天顶角 satellite-to-ground quantum key distribution atmospheric refraction background light bit error rate zenith angle
1 华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室, 河北 保定 071003
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
4 河北大学 物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
为提升自由空间量子通信系统性能, 以相敏放大器(PSA)和相位非敏感放大器(PIA)原理为基础, 研究了在量子通信系统接收端分别加入PSA、PIA后的高斯调制连续变量量子密钥分发(CVQKD)模型, 推导了相应的安全密钥率公式。当信号波长分别为810 nm、1550 nm和3800 nm时, 仿真分析了系统受到集体攻击和个体攻击情况下接收端采用零差检测和外差检测时安全密钥率与距离的变化关系, 对比了相同条件下PSA、PIA对系统性能的提升效果。仿真结果表明: 当接收端分别采用零差检测、外差检测时, 系统相应选择PSA、PIA时的性能更好。
连续变量量子密钥分发 自由空间量子通信 光放大器 安全密钥率 continuous variable quantum key distribution, free
1 陕西中医药大学药学院, 陕西 咸阳 712046
2 陕西中医药大学第一附属医院, 陕西 咸阳 712046
3 长安大学地球科学与资源学院, 陕西 西安 710054
从中药材黄花蒿中提取的青蒿素, 是一种含有过氧基团的倍半萜内酯药物, 目前已成为世界卫生组织推荐的抗疟疾药物。 含有青蒿素的复方制剂具有抗疟、 抑菌和调节免疫功能等作用, 然而含青蒿素的复方制剂没有可量化的统一质量标准, 因此难以控制和评价这些复方制剂的质量。 目前对于青蒿素复方制剂的研究主要集中在定性分析其有效成分上, 但具体如何定量分析其中青蒿素含量的研究工作却并不多, 迫切需要一种简便、 快速、 无损的方法监控青蒿素的生产和使用。 激光拉曼光谱是一种分子联合的光散射现象, 能够提供样品分子的成分及结构, 对研究青蒿素具有重要的意义。 首先对青蒿素标准样品进行激光拉曼光谱定性分析测试, 获得青蒿素标准品的拉曼特征图谱, 这些标准图谱为以后分析中药复方制剂中的青蒿素奠定了基础。 通过拉曼测试分析得到位于724 cm-1处的拉曼峰是与青蒿素中过氧基团直接相关的特性声子振动模式, 可用于检测过氧桥键的存在, 也是决定其抗疟活性的关键; 而位于1 736 cm-1处的拉曼峰强度大、 周围无其他振动峰干扰, 是与青蒿素中内酯基团相关的特性声子振动模式, 也可用来检测分析青蒿素。 因此, 拟采用青蒿素分子中位于724 cm-1处和1 736 cm-1两处的拉曼特征峰进行定性定量分析。 然后, 在实验室制备了一系列具有不同青蒿素质量百分数的青蒿素/面粉混合样品, 确定出混合样品中青蒿素724 cm-1处和1 736 cm-1处拉曼光谱参数。 并以峰面积比值A724/A1 736的平均值作为横坐标, 青蒿素质量百分数作为纵坐标, 拟合青蒿素质量百分数与峰面积比的函数关系, 得到二次函数关系式为y=0.907 22x2+0.465 93x(0
激光拉曼光谱 青蒿素含量 中药复方制剂 定量分析 Laser Raman spectroscopy Artemisinin content Chinese traditional compound medicine Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2019, 39(8): 2403
1 长安大学地球科学与资源学院, 陕西 西安 710054
2 中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
单个流体包裹体同位素在研究岩矿古流体成因、 矿床、 油气和大地构造演化动力学等多个领域具有十分重要的意义, 激光拉曼光谱是一项可以分析单个流体包裹体同位素的有效方法。 本文提出应用显微激光拉曼光谱法来计算CO2气体碳同位素值δ13C。 利用自行设计的装置将12CO2和13CO2按比例分别与N2混合, 对混合气体样品进行显微激光拉曼测试分析后确定12CO2和13CO2的拉曼参数, 这为用激光拉曼分析碳同位素值δ13C奠定了理论基础。 通过对不同比例的12CO2/13CO2人工合成CO2包裹体样品和胜利油田CO2天然气藏样品进行激光拉曼光谱分析, 发现CO2气体碳同位素摩尔分数比N13/N12与拉曼参数之间存在数学关系式, 由此建立了根据碳同位素计算公式δ13C=［(C13/C12)样品/(C13/C12)标准-1］×1 000‰, 用激光拉曼分析获得的CO2气体有关激光拉曼参数来计算δ13C值的方法。 按照该方法, 应用显微激光拉曼光谱对胜利油田CO2天然气藏样品分析计算其δ13C值为-5.318‰, 与用质谱仪分析测出的δ13C值(-5.6‰)比较, 其相对误差较小(≈5%), 可以初步建立起应用显微激光拉曼光谱测定CO2气体碳同位素值δ13C的定量方法。
δ13C值 显微激光拉曼光谱 拉曼参数 流体包裹体 CO2气藏 δ13C value Micro-Laser Raman spectroscopy Raman parameters Fluid inclusions CO2 gas reservoir 光谱学与光谱分析
2017, 37(4): 1139
3,4-噻吩二羧酸（3,4-H2tdc）, 1,10-邻菲罗啉（phen）和稀土硝酸盐经水热法合成三种配合物Ln2(Htdc)2(tdc)2(phen)2(H2O)4(Ln=Eu 1, Gd 2, Tb 3), 并用X-射线单晶衍射分析方法测定了配合物1-3晶体结构, 配合物1-3为双核分子。 每个金属离子周围有2个3,4-tdc, 1个3,4-Htdc, 1个phen和2个配位水分子, 配位数为9。 配合物1和3在紫外灯下显强红光和绿光, 其荧光发射光谱, 在619和545 nm出现最大发射峰, 分别对应于Eu(Ⅲ)离子的5D0→7F2和Tb(Ⅲ)离子的5D4→7F5跃迁。 配合物2在425 nm观察到来自基于配体的π*→π最大发射峰。 不同溶剂分子对配合物1荧光有不同程度的影响, 基于荧光猝灭机理, 配合物1具有选择性检测硝基苯污染物的能力。
稀土配合物 4-噻吩二羧酸 晶体结构 荧光 Lanthanide complexes 3 3 4-thiophenedicarboxylic acid Crystal structure Luminescence 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2522
