制冷剂液膜蒸发现象广泛地存在于航空航天、制冷空调和消费电子等领域，高精度定量分析液膜厚度对于了解液膜分布情况、揭示液膜传热规律及优化相关工业过程至关重要。将R1233zd作为研究对象，提出一种基于吸收光谱技术的制冷剂液膜厚度测量新方法。首先获取了不同温度(11.8，13.5，15.2，16.5，18.0 ℃)下R1233zd的吸收光谱，构建液膜厚度反演模型，并研制膜厚测量系统。利用厚度可调(0～800 μm)的标准具对该系统的测量精度进行验证。进一步结合图像法对水平石英玻璃板上的R1233zd液膜蒸发过程进行研究，发现两种方法测得的液膜厚度随时间的变化趋势吻合良好。该系统实现了R1233zd液膜蒸发过程中膜厚的高精度测量，有望为相关工业过程的设计和优化提供数据支撑。

基于激光诱导荧光原理搭建了用于机动车尾气测量的羟基 (OH) 自由基总反应性直接测量系统 (LP-LIF-kOH), 并开展了典型柴油车尾气的转鼓测试, 获得了不同排放水平下重型柴油车尾气 OH 自由基总反应性的特征。该系统使用中心波长为 266 nm的紫外脉冲激光在流动管中光解臭氧产生过量 OH 自由基, 使其与采样进入流动管中的活性气体反应发生浓度衰减; 利用中心波长为 308 nm 的脉冲激光作为激发光, OH 自由基吸收激发激光能量后释放荧光光子信号, 利用激光诱导荧光技术记录 OH 自由基衰减曲线对衰减过程进行测量; 而通过对衰减曲线进行指数拟合,即可获得采样气的 OH 自由基总反应性 (kOH)。在柴油车尾气中的活性有机物闭合测量实验中, 对国三与国五的柴油车尾气进行 kOH 的测量, 发现柴油车尾气 kOH 的值随着国家排放标准的升高而降低, 不同车辆的 kOH 差别较大, 同一车辆冷启动测得的 kOH 值大于热启动测得的 kOH 值。kOH 的主要贡献来自氮氧化物 (55%)、一氧化碳 (2%) 和一次排放的挥发性有机物 (34%)。最后初步建立了一种利用 kOH 估算柴油车尾气碳氢化合物 (HC) 排放因子的方法。

本文旨在研究基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术检测尿液中血小板衍生生长因子(PDGF-BB)从而对冠状动脉堵塞程度进行快速无损诊断的方法是否同样适用于长期服用药物(阿司匹林、瑞舒伐他汀或硫酸氢氯吡格雷)的冠心病患者或行经皮冠状动脉介入手术(PCI术)后病人的冠状动脉堵塞程度检测。首先基于该方法对13例长期服用药物(阿司匹林、瑞舒伐他汀或硫酸氢氯吡格雷)的冠心病患者和13例行PCI术后病人的尿液样本进行检测, 发现其SERS光谱中均无PDGF-BB位于1 509 cm-1的拉曼特征峰。然后进一步分析PDGF-BB水溶液与三种药物的SERS光谱, 也均未发现1 509 cm-1的拉曼特征峰。结果表明, 这三种药物均对PDGF-BB的SERS信号产生了影响, 可见该方法并不适用于长期服用药物的冠心病患者或行PCI病人术后的冠状动脉堵塞程度的检测。

基于半导体激光吸收光谱(DLAS)技术,研制了双波长动态液膜厚度与温度高精度同步测量系统。利用标准具对该系统的测量精度进行验证。结果表明,该系统的液膜厚度和温度的平均测量误差分别为4.58%和1.34%。在此基础上,利用该系统对水平石英玻璃板上的液膜蒸发过程进行研究。结果表明,液膜的平均蒸发速率为0.34 μm/s,蒸发速率随液膜温度的升高而增大,且DLAS与图像法和热电偶测得的结果吻合良好。利用该系统对流道中的动态液膜进行研究,在不同液膜温度(308,315,323 K)下,液膜平均厚度基本一致且在1 s内波动11次,液膜温度几乎保持恒定。

基于激光诱导炽光(LII)法和光腔衰荡光谱(CRDS)技术,搭建了用于研究火焰碳烟颗粒的测量平台,并对其性能参数进行了表征。碳烟颗粒路径积分衰减系数测量结果表明,双色LII测试系统和CRDS系统相互独立。同时运行双色LII和CRDS系统,测量得到的路径积分衰减系数随着火焰高度的增加先增大后减小,两个系统的测量结果具有较好的相关性。通过优化拟合模型及去除系统噪音,获得了较好的光腔衰荡信号拟合结果。

水蒸气的浓度是半导体密封元器件生产过程的重要指标之一,水蒸气的浓度超标将对半导体的产品质量造成严重影响,开发高灵敏度、高精度的实时水蒸气检测技术至关重要。搭建了一套基于离轴积分腔吸收光谱技术的低浓度水蒸气测量实验装置,反射镜的反射率为0.99920,有效光程为250 m,探测时间为0.025 s。通过激光光束离轴入射到激光谐振腔提高了谐振腔的模式密度,从而提高了积分腔输出吸收光谱的信噪比。利用该装置对水蒸气在7036.5 cm ^-1附近的吸收进行测量,探测灵敏度为7.07×10 ^-6 cm ^-1,测量误差小于5%。分别向腔内注入不同浓度的水蒸气,对系统的在线连续测量性能进行了测试,结果表明该系统可达到工艺应用的要求。

前期研究表明血小板衍生生长因子-BB (platelet-derived growth factor-BB, PDGF-BB)与冠心病关系密切, 本文基于表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)方法, 结合PDGF-BB拉曼频移为1 509 cm-1的拉曼特征峰, 对60例冠心病患者, 其中包括20例行皮冠状动脉介入治疗术(percutaneous coronary intervention, PCI)病人与40例未行PCI病人的尿液样本以及18例健康人尿液样本进行分析。结果显示: 行PCI病人的尿液样本SERS光谱中可以检测到1 509 cm-1 的拉曼特征峰; 而在健康人与大多数未行PCI病人的尿液SERS光谱中则检测不到。与临床资料对比发现, 尿液SERS光谱与冠状动脉造影技术在判断心血管堵塞程度是否达到70%以上吻合度较高。基于表面增强拉曼光谱的冠心病检测方法有望发展为一种无创的冠心病前瞻性诊断工具, 对于冠心病疑似病例是否需要行PCI提供可靠的临床诊断依据。

针对电厂运行中汽轮机油颗粒污染变化快、油液取样要求高、在线监测难的现状,基于光阻原理,研制了电厂汽轮机油中颗粒污染度在线测量系统并对其进行了实验室标定实验。在湖南五强溪水电厂调速器润滑系统中进行了实测,实测结果与商业仪器实测结果比较可得,二者对污染等级判断一致,颗粒数最大偏差小于25%,验证了在线测量装置的准确度。因系统测量速度快,能实时获取运行中汽轮机油的颗粒度和数目时变情况,利于运行管理与控制,完全符合实际应用要求。

通过测量不同低浓度血小板衍生生长因子-BB(PDGF-BB)水溶液的表面增强拉曼光谱(SERS), 可以检测到质量分数低至10-8的PDGF-BB水溶液在拉曼频移为1509 cm-1处的拉曼特征峰。通过检测行皮冠状动脉介入治疗术(PCI)患者(动脉粥样硬化程度较高)术前尿液样本与未行PCI患者(动脉粥样硬化程度较低)尿液样本SERS, 并结合PDGF-BB的1509 cm-1处拉曼特征峰可以发现, 行PCI患者尿液样本的SERS中可以检测到PDGF-BB的拉曼特征峰, 即PDGF-BB在尿液中的浓度与动脉粥样硬化程度相关。结果表明, SERS技术可以检测到极低浓度PDGF-BB水溶液的拉曼特征峰, 尿液的SERS可以成为判断冠心病患者是否需要进行PCI的重要依据, 因此SERS技术有望成为一种无损检测与筛查冠心病的临床诊断工具。