本文采用种子生长法、利用双表面修饰剂制备了金纳米棒, 其长径比为3.5:1。该金纳米棒的消光光谱显示: 利用该方法制备的金纳米棒有两个表面等离子共振(SPR)峰, 分别位于540 nm 和780 nm处。其中780 nm处的表面等离子共振峰靠近红外光谱区, 可以与文中采用的激发光源 (785 nm 激光) 较好的匹配, 从而有助于实现共振拉曼散射增强效应。本文以D-核糖(D-Ribose)为探测分子, 基于金纳米棒进行了近红外表面拉曼散射(NIR-SERS)活性检测, 从而获得了光谱重复性良好的NIR-SERS光谱图。同时, 采用密度泛函理论(DFT), 以B3LYP/ 6-31G 和6-31G/LanL2DZ为基组函数, 分别对D-核糖分子以及D-核糖分子与金原子形成的团簇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符合较好。此外, 文中对D-核糖的NIR-SERS谱带进行了分析和归属, 发现当D-核糖分子吸附到金纳米粒棒上时, 主要是以羟基上的氧原子(O9)吸附在金原子上而形成金属键。

采用浸渍提拉法将预先合成的TiO2溶胶均匀涂覆在玻璃表面制膜, 并在膜表面负载上具有高表面增强拉曼散射(SERS)活性的Au纳米粒子, 获得Au/TiO2多功能薄膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、拉曼(Raman)等表征手段, 考察了Au/TiO2薄膜的结构、形貌与性能。所得Au/TiO2薄膜在UV灯辐照下可有效地降解罗丹明B等染料分子, 其中Au粒子有效抑制了薄膜表面光生电子-空穴的复合, 增强了光生载流子的分离效率, 提高了薄膜的光催化性能。同时拉曼实验表明, Au/TiO2薄膜也是一种优秀的SERS检测基底。更为重要的是, Au/TiO2薄膜可通过UV灯照射“清洗”掉薄膜表面吸附的上组SERS实验中的检测分子, 实现基底的循环利用, 有望解决传统SERS基底一次性使用的缺陷。

我们通过SERS的方法研究了单个金微米片表面不同区域的电磁场增强。首次对单个金属粒子采用拉曼区域成像的方法为电磁场增强提供了直接的实验证据。用结晶紫作为探针分子, 通过对金微米六边形及截断的金微米三角形的SERS研究, 直接证明金属粒子的边和角比面的电磁场增强更强。排除分子吸附、杂质干扰、晶体缺陷、表面活性剂等因素的影响, 最后得出金微米片上电磁场增强的强弱顺序是角>边>面。

利用磁控溅射技术在组装整齐的微球表面依次镀上银、金薄膜, 获得双金属纳米壳层结构。以对巯基苯胺(p-ATP)为探针分子, 研究了该壳层结构在不同激发线下SERS增强差异。测试结果表明, 金银双金属纳米壳层结构在780 nm激光下具有很好的SERS增强效果, 并随着外层金膜厚度的减小而逐渐增强。对各个基底的增强因子进行计算可知, 基底的表面等离子体共振(SPR) 峰与激发线的匹配程度越好, 其增强因子越大。由于金的高稳定性和良好的生物相容性, 该基底在SERS生物传感方面具有很大应用潜力。

本文利用热注入和“一锅法”的方法合成了单分散高质量的氧化铟锡纳米晶颗粒, 并通过不同工艺来控制反应速率, 最终得到形貌和尺寸不同的球状纳米晶和枝状纳米花。另外, 将制备得到的氧化铟锡球状纳米晶旋涂成膜, 通过拉曼实验表明自组装形成的氧化铟锡薄膜能够有效增强拉曼信号。

对硼酸(H3BO3/B(OH)3)粉末进行XRD测试, 确定其空间结构和所属对称点群; 对硼酸晶体进行晶格振动模式分析, 确定其有18个拉曼活性模式4Ag+2E1g+5E2g; 并对其进行50~3800 cm-1波段的Raman散射测试, 利用理论结果对谱图进行了讨论, 确定了各振动峰的特性。

本文主要通过高压拉曼光谱研究了正铁氧体SmFeO3 的晶格振动模式在外加压力作用下的行为规律, 高压实验中压力最高为29.7 GPa。本文采用溶胶凝胶法, 制备出具有正交结构, 其空间群为Pnma的SmFeO3。在外加压力作用下, 所有观察到的拉曼振动模式都呈现出宽化趋势。特别是位于621.1 cm-1 的 FeO6 八面体的反弹性振动模式Ag(1)与位于452.7 cm-1的FeO6 八面体的弯曲振动模式B3g(3), 其压力系数出现最大值。与此相反, Sm-O振动模式Ag(7)的压力系数却非常小。这说明外加压力更容易影响到FeO6八面体的晶格变化, 而不是SmO12 十七面体的改变。SmFeO3 的这种高压下晶格振动模式变化行为类似于G型结构的CaSnO3。同时, 文中还给出了所有声子零压模式下的格林爱森参数与体弹模量的比值。这些参数可用于进一步测量单轴或者双轴的应变力, 可深入理解声子频率在张力作用下移动的表现行为。

本文采用飞秒激光在空气中对单晶硅进行扫描处理, 在硅表面制备出平行排列并具有微尺度沟槽的黑硅材料。在扫描电子显微镜下, 观察到了黑硅的纳米尺度的二级结构。通过黑硅的反射光谱发现, 在250~1000 nm光谱区域的反射率明显降低, 且沟槽越深, 反射率越低。同时, 对沟槽深度与反射率的关系以及二级纳米结构的形貌进行了讨论。通过黑硅的拉曼光谱发现, 飞秒激光处理后的硅片没有发生成分和结构上的变化, 黑硅的成分依然是单晶硅。

本文采用静电自组装技术制备石墨烯薄膜, 以带正电的聚乙烯亚胺作为粘结剂, 将带负电的氧化石墨烯自组装在粘结剂上, 形成多层氧化石墨烯／聚乙烯亚胺复合膜, 然后在肼蒸汽下还原得到石墨烯薄膜样品, 并利用石墨烯薄膜的紫外吸收光谱、椭圆偏振光谱、扫描电镜图谱及拉曼光谱对其层数、厚度、形貌及还原效果进行了研究。研究表明此方法制备的石墨烯薄膜具有杂质含量少、层数与膜厚微观可控且膜厚均匀等优点。通过调节组装材料种类、浓度和组装次数可制备出结构和功能自由控制的石墨烯薄膜, 且此方法与微电子工艺兼容, 易于制作石墨烯晶体管, 因此在石墨烯晶体管领域具有广阔的应用前景。

本文提出了一种新型的基于银修饰的氨基改性粉末多孔材料的表面增强拉曼光谱(SERS)检测方法, 以乐果为探针分子, 分析了银溶胶的量和反应时间对基底SERS活性的影响。乐果和水胺硫磷在以银溶胶为基底时, 分别只能检测到100 mg/L和7 mg/L, 而以银修饰的氨基改性粉末多孔材料为基底时, 乐果和水胺硫磷的最低检测浓度分别达到0.5 mg/L和0.14 mg/L, 说明该基底具有很好的增强效果。此外, 检测低浓度下乐果和水胺硫磷的混合农药溶液, 各农药的特征峰在谱图中仍然能清晰可辨。根据实验结果可以推测, 银修饰的氨基改性粉末多孔材料作为SERS基底, 可以有效地应用于有机磷农药残留的检测。

实际办案工作中, 时常会涉及到对微量洗衣粉物证的检验鉴定。本文应用显微激光拉曼光谱分析技术对洗衣粉物证进行了检验研究。将所收集到的不同品牌的洗衣粉及同种品牌不同种类的洗衣粉样品采用显微激光拉曼光谱仪进行检测得到拉曼光谱图。通过谱图分析比较实现了对不同种类洗衣粉物证的快速无损区分检验。

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 本文研究双酚A(BPA)和双酚A二缩水甘油醚(EDGEBA)分子的结构和振动性质, 分析了两种分子红外活性和拉曼活性特征振动的频率和对称性。计算结果表明, BPA分子的拉曼散射峰基本归属于对位取代苯的骨架振动, 500~1600 cm-1 红外强度较强; 对于DGEBA分子环氧基团指纹区的特征振动频率为860, 930, 1123, 1260 cm-1, 其红外光谱强度较大, 可用于DGEBA类树脂固化反应过程监控; 1260 cm1附近的振动模, 其拉曼散射强度较高, 可成为拉曼光谱研究固化反应过程的特征振动。而1160 cm-1 附近的振动属于芳香环的特征振动, 强度基本不变。

基于表面活性剂SDBS与奎宁的结合反应发展了一种测定奎宁的双波长共振散射比率法。在B-R缓冲介质中, SDBS与奎宁发生反应, 并于280.0 nm和375.0 nm两处特征波长处导致共振光散射信号大大增强。通过分别测定I280.0、I375.0和I240.0/I245.0来检测奎宁。当SDBS的浓度为4.0×10-5 mol/L时, 以I280.0和I375.0为测定点的单波长共振光散射方法所得到的线性范围和检出限分别为0.16~30 μmol/L 、16.3 nmol/L和0.15~30 μmol/L 、14.9 nmol/L。而用I240.0/I245.0的散射强度之比来测定奎宁时, 其线性范围和检出限分别为0.011~70 μmol/L和1.12 nmol/L。表明双波长共振散射比率法明显优于前者。

利用770 nm脉冲激光激发基态K原子到K(4P1/2)态, 在样品池中, 利用原子荧光光谱方法, 测量了K(4PJ)和N2、He碰撞的精细结构转移截面和碰撞猝灭截面。在不同N2、He气体密度下, 通过对4P1/2→4S1/2共振荧光与4P3/2→4S1/2转移荧光的时间积分荧光强度进行测量, 得到其荧光强度比与N2、He密度成线性关系。从荧光强度比R与 (Nv)-1线性关系图中的直线斜率可以得到4P1/2→4P3/2转移截面为(2.77±0.69)×10-15cm2和4P3/2→4P1/2的碰撞转移截面为(1.62±0.41)×10-15cm2, 从直线的截距计算出K(4P3/2)与N2、He的碰撞猝灭截面为(0.40±0.12)×10-15cm2和(0.60±0.18)×10-16cm2。

本文采用均匀沉淀法, 在室温条件下, 合成了较为稳定的ZnO量子点。用荧光光谱法、紫外可见分光光度法分析了ZnO量子点与头孢哌酮的相互作用, 用Stern-Volmer 方程研究了头孢哌酮对ZnO量子点的荧光猝灭作用, 结果表明属于静态荧光猝灭, 计算了不同温度时的猝灭常数(292K: 9.550×103 L·mol-1、303K: 5.980×103 L·mol-1、313K: 4.412×103 L·mol-1)和热力学参数, 证明二者主要以范德华作用和氢键作用力结合。根据 Forster 的偶极-偶极非辐射能量转移原理计算出结合位置距离色氨酸残基2.47nm, 发生分子内的非辐射能量转移。为探讨纳米颗粒与此类药物分子之间相互作用的化学机理提供了重要的信息。

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对5种不同类型的土壤进行了研究, 结果显示, 其红外光谱主要是由碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、锰酸盐等无机盐类, 黏土矿物及有机质的振动吸收带组成。五种土壤的红外光谱在1600～750 cm-1范围内呈现出差异, 作一阶导数处理后, 发现其差异主要表现在1440 cm-1、875 cm-1及798～780 cm-1附近。选取1600～750 cm-1范围内的一阶导数数据运用Matlab 2010来实现主成分分析, 前两个主成分累计贡献率达到90.14%, 利用这两个主成分作二维散点分布图, 结果表明该分布能对这五种土壤进行有效分类, 这为土壤鉴定提供了快捷的光谱手段, 同时表明傅里叶变换红外光谱技术用于对土壤的研究, 且具有测定快速方便、无损、准确等优点, 具有较大的应用潜力。

建立近红外光谱法快速测定原油20 ℃密度的方法, 在市售原油光谱数据库的基础上, 添加广西石化常炼原油品种, 采用拓扑法建立分析模型。用该方法和标准方法对炼厂原油密度进行了三个月的对比测试, 115个实际样品的预测标准偏差为0.0024 g/cm3。近红外光谱法测定原油密度具有分析速度快, 测定方法简便, 重复性好等特点, 能够满足炼厂对原油密度快速测定的要求。

基于红外光谱和最小二乘支持向量机建立掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型。分别配置含有葡萄糖牛奶(0.01~0.3 gL-1)和三聚氰胺牛奶(0.01~0.3 gL-1)样品各36个, 采集纯牛奶及掺杂牛奶样品的红外光谱。采用最小二乘支持向量机分别建立掺杂葡萄糖、掺杂三聚氰胺、两种掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型, 并利用这些模型对未知样品进行判别, 其判别正确率都为95.8%。研究结果表明: 与线性的偏最小二乘判别建模方法相比, 最小二乘支持向量机方法具有更强的预测能力。

本文利用飞秒激光频谱相位整形技术和偏振调制技术, 对罗丹明B溶液中双光子荧光的相干控制进行了研究。通过对飞秒激光脉冲进行π相位扫描和余弦相位调制, 实现了罗丹明B溶液中双光子荧光的相干控制, 荧光强度能够被有效操控。经过理论模拟与分析, 证实罗丹明B溶液中双光子荧光强度的变化由双光子跃迁过程中不同量子路径之间的干涉相长和干涉相消引起的。对激光脉冲进行偏振调制的实验, 罗丹明B溶液中双光子荧光强度呈现出周期性变化; 经过理论模拟计算, 发现这种变化是受激光偏振的影响产生的。

傅立叶变换红外光谱学(FTIRS)可以获得样品组成和结构的丰富信息, 极大地提高了科学研究的效率并拓宽了研究领域。本文采用FTIRS研究软骨的主要组成成分(胶原蛋白和蛋白多糖PG)的红外光谱特征及相关适用性。通过对两种主成分的不同质量配比, 分别检验红外各特征谱带(amide I, II, III 和sugar位置带)的吸光度值, 以及进行和质量相关的Lambert-Beer定律线性拟合与回归。吸光度值分别采用谱带的绝对高度、相对高度和积分面积三种方式表征, 结果显示后两种吸光度表达方式更精确。此外还进一步发现在关节软骨和早期骨关节炎的研究中(PG和胶原蛋白质量相差不多)采用amide II(优于amide I)和sugar带分别定性或半定量地表征胶原蛋白和PG含量是有效可行的; 而amide III位置带既不适合表征胶原蛋白也不适合表征PG的含量。这项研究为关节软骨和骨关节炎早期研究提供了更加快捷实用的方法, 从而有利于早期骨关节炎的判断和修复监测。