石墨烯是一种具有独特的二维平面结构和导电性能好、比表面积大、耐高温等优异性能的新型纳米材料,在物理化学领域应用广泛。本文介绍了利用化学气相沉积法制备单层石墨烯,并以石墨烯和硅作为催化表面,通过表面增强拉曼散射技术研究了对硝基苯硫酚(4NBT)分子的表面催化反应。结果表明,单层石墨烯具有良好的光催化性能。

本文应用表面增强拉曼散射技术以纳米银溶胶作为基底直接对17种葱属植物的挥发性物质进行了检测,进一步用SERS谱图结合化学计量学多变量统计分析,对17种葱属植物进行鉴别分类研究,并提出一种基于SERS的快速、有效的挥发性物质筛选式葱属植物鉴别分类研究方法。对不同年份制作的纳米银溶胶进行了重现性测试,结果显示纳米银溶胶作为SERS基底对葱属植物的挥发性物质检测重现效果较好;对同一植物不同部位的挥发性物质进行检测,结果显示光谱峰位变化不大,只是个别峰的相对强度发生了变化;对17种葱属植物的挥发性物质进行检测,结果显示:17种葱属植物的挥发物的SERS光谱可分为三组,1-丙硫醇增强组、烯丙基甲基硫醚增强组、二烯丙基二硫增强组,说明纳米银溶胶对葱属植物的挥发物具有选择性增强效果;17种葱属植物挥发物的SERS谱结合聚类分析、因子分析、判别分析进行多变量统计分析,分析结果显示,样品能按三个不同增强组进行准确分类。实验结果表明,基于SERS的挥发物筛选式葱属植物鉴别分类研究方法可以为葱属植物分类研究提供参考信息。

本文利用SERS技术对疑似吸毒人员尿液中的毒品进行快速检测。通过对尿液中的毒品进行快速分离和提纯,结合便携式拉曼光谱仪,并利用自组装的金纳米颗粒作为SERS基底对其进行检测分析,可以实现现场检测。该方法灵敏性高、检测速度快,有望应用于公安及司法部门的缉毒、查毒工作现场中。

本文利用密度泛函理论研究了糠醛分子的拉曼光谱和Furfural-MX（M＝Ag,Au,Cu）复合物的表面增强拉曼光谱。在单个糠醛分子的拉曼光谱中,计算出各拉曼峰的振动模式,并结合分子电荷密度和静态电势图分析了峰位偏差的具体原因。研究了Furfural-MX复合物的原子数量和种类对糠醛SERS化学增强因子的影响和相应电荷转移的改变。本研究加深了人们对糠醛分子表面增强拉曼散射电荷转移效应的认识。

本文设计了α、β和γ三种晶型的Na2TiO3晶体的制备方法,采用固相烧结技术成功制备了该晶体的上述三种晶型,并对其常温拉曼光谱进行了比较研究。对其中已知晶型结构的γ-Na2TiO3的拉曼光谱进行密度泛函理论的模拟计算,基于计算对其拉曼光谱高频区主要振动模式进行归属。运用高温原位拉曼光谱技术和X射线衍射技术对无序型亚稳态α-Na2TiO3晶体升温过程的相变及其结构变化进行了原位追踪与研究,为不同晶型的Na2TiO3晶体的温致结构演变及晶型的鉴定提供重要的实验依据。

采用背向散射偏振配置,对半极性a面(1120)生长的4H-SiC晶体,测量了激发光偏振方向与光轴成不同角度时各声子振动的偏振拉曼散射光谱,研究了不同声子模式的偏振拉曼散射光的强度变化与性质。利用拉曼选择定则,对实验结果进行拟合分析得到了不同声子模式的拉曼散射矩阵张量元系数及其各向异性特征。研究结果为深入了解4H-SiC晶体的微观结构和各向异性性质提供依据。

指纹携带有人类的特殊信息,是最重要的个体特征之一。快速、清晰的指纹识别和提取对于刑事侦探、公共安全等领域具有重要的意义。金属纳米颗粒在暗场下对光具有强烈的散射作用,本文利用这一散射特性来研究指纹成像。在暗场成像条件下,当指纹和金属纳米颗粒相结合,金属纳米颗粒的散射性能呈现出指纹细节特征。这一特性为指纹的提取提供一种新方法,该方法可实现快速、简单的指纹信息提取,避免了化学方法对指纹细节信息的破坏。

尿液中葡萄糖的高灵敏度、特异性定量检测在临床诊断中具有十分重要的意义。本工作在基于表面增强拉曼散射光谱（SERS）法的尿液葡萄糖定量检测中,采用4-氰基苯硼酸（4-CPBA）为二级糖探针。此探针不需要与SERS活性基底结合,并且氰基（CN)的特征峰2226 cm-1位于SERS光谱的生物寂静区（1800~2800 cm-1）,从而避免了其他内源性生物分子的干扰。本方法对葡萄糖分子具有高度选择性,可有效避免尿液中果糖、半乳糖等其他糖类物质的干扰。本实验方法成功实现了尿糖的特异性检测,检测限低至10 nM,并检测出了轻微糖尿病患者尿液中的微量葡萄糖。实验结果表明,本方法为尿糖检测提供了一种专一性强,灵敏度高的分析手段,为后续定量检测提供了有力的工具。

利用偏光显微镜和激光拉曼光谱仪对1963年出土的西夏时期唐卡表面彩绘颜料进行分析,结果表明,唐卡使用的红色、背景红、蓝色、白色、黑色颜料是由朱砂、铅丹、靛蓝、铅白、炭黑制成。检测分析结果为西夏千佛龛唐卡实施保护修复提供了准确可靠的科学依据,也为保护修复时提供准确的颜料使用依据。

本文利用拉曼光谱对不同种类的毒品进行检验,利用拉曼光谱对同分异构体氯胺酮和羟亚胺、同系物合成大麻素JWH-018和JWH-073进行区分,并结合R软件,对成分未知的摇头丸样品中各组分的含量进行分析;并且利用拉曼光谱成像技术,对油汗混合指纹、护手霜油脂指纹、502熏显指纹上的毒品颗粒进行了检验。实验结果表明,拉曼光谱是分析各类毒品的有效手段,以其快速、无损、无需样品前处理的优势,实现对分子结构相似的样品的区分;结合拉曼光谱成像技术,可以获得毒品颗粒在指纹上的分布情况,在物证的现场检验中有良好的应用前景。

在不损伤文物的前提下,采用拉曼光谱仪、超景深显微镜、扫描电镜等仪器分析了拓片表面“墨霜”的微观形貌及成分。结果表明:拓片霉变和明矾结晶析出导致拓片表面“泛霜”。研究成果为后续开展科学合理的拓片文物保护修复工作和保存工作提供了理论依据。

应用拉曼光谱法并结合聚类分析对44种不同型号的汽车前保险杠进行了深入的检验研究。采用显微激光拉曼光谱分析技术分别对样品进行检测,得到532 nm激光光源的拉曼光谱可构建具有高鉴别能力的聚类分析模型,采集光谱数据将其定量化,选择平均组间距离定义类间距离,采用平方欧氏距离作为度量区间表征样品之间的亲疏程度,进行系统聚类分析,通过验证衡量聚类效果,成功将44种汽车前保险杠样本分为了19类,分类正确率达94.8%,分类结果理想,实现了基于全波段光谱信息结合系统聚类分析建立的模型用于准确鉴定汽车前保险杠种类的目的,为现场物证的检验提供了一定的理论依据。

为进一步了解云物理过程,探测冰云及混合相云云粒子特性,提出了一种带有偏振通道的云粒子探测器模型,可以同时探测前向散射和后向散射一定立体角内的散射能量和退偏比。模拟了椭球,圆柱和球形粒子的相函数,不同角度的退偏比,总散射截面,发现球形粒子几乎不产生退偏,其退偏与椭球、圆柱粒子退偏有数个量级的差距,探测时可以直接以退偏分辨球形粒子。计算了在探测器前后两个接收立体角内非球形粒子的散射截面和退偏比均值,粒子退偏比和散射截面随粒子的横纵比变化比较连续,一定条件下可以分辨部分粒子的形状。粒子退偏比随粒子的等效半径变化波动,不利于探测时分辨粒子大小。在模拟的粒径范围内,粒子等效半径和散射截面大致成正相关,探测时可以以此分辨粒子大小。粒子散射模拟结果表明,该探测系统除可以进行球形粒子探测能力外,具有一定的非球形粒子探测能力。

在室温条件下,使用X射线衍射实验装置对氧化钇（Y2O3）粉末晶体进行了衍射实验。观察到了明显的呈现振动形状的热漫散射强度。根据全衍射背底强度通用方程展开Y2O3的热漫散射强度方程,通过实验值和理论值的对比推导出了原子间热振动相关效应值μ,得到Y2O3的热漫散射强度主要来源于原子的独立振动,对热漫散射振动形状最有贡献的是第6近邻原子（Y1-Y2）间热振动相关效应。 根据原子间热振动相关效应值推导出了原子间力常数。

电工胶带是犯罪现场常见的物证,对电工胶带的检验鉴定不仅能为侦查提供方向,还为刑事诉讼提供证据。光学相干层析技术(Optical Coherence Tomography,OCT)是20世纪90年代出现的光学成像检验技术,具有无损、高分辨率、断层成像等特点。利用OCT技术对12种不同品牌、不同颜色的电工胶带进行检验,得到其二维OCT图像以及光学特征参数。结果表明,OCT技术可以有效区分不同的电工胶带。OCT为电工胶带的检验提供了一种新的方法,较传统检验方法,OCT无需对样品进行切片处理,操作便捷,成像速度快,提高了检验人员的效率。

氮是维持生命活动最重要的营养元素之一,环境微生物在氮的生物地球化学循环中起着重要作用,但由于大部分微生物不可培养,对其认识非常有限。本文结合表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)与15N稳定同位素标记,证明15N可引起细菌SERS谱峰明显偏移。偏移谱峰可作为细菌同化氮的良好指示。另外15N比例与SERS谱峰呈现良好的线性关系,说明SERS可以用于研究氮相关的功能和活性微生物,并根据偏移程度判断活性。我们也比较了15N、13C、氘代葡糖糖和氘水引起的SERS谱峰偏移,结果显示位于腺嘌呤环上的C和N引起的偏移要大于氘重同位素引起的偏移。以上研究有助于选择合适的拉曼-稳定同位素标记方法,针对不同元素进行研究。