拉曼光谱技术在深海原位探测中的研究进展

拉曼光谱是一种分子指纹光谱,在物质成分识别和定量分析领域已得到广泛应用,近年来也逐渐应用于深海极端环境 的原位探测。回顾了激光拉曼光谱技术的发展历程,介绍了国内外已经研发的深海激光拉曼光谱探测系统,并着重介绍 了各系统在深海冷泉、热液等极端区域对喷口流体、沉积物孔隙水、自生碳酸盐岩、水合物等目标物的原位探测和 应用,最后总结了限制拉曼光谱技术在深海取得更多应用的因素,可以为拉曼光谱技术未来的发展提供参考。     

空间分辨（深度剖析）光谱法在拉曼和荧光光谱中的应用

利用共焦显微镜纵向扫描采样手段,发展了一种空间分辨（深度剖析）光谱方法进行荧光光谱和拉曼光谱的甄别以及它们相应跃迁的指认。利用荧光的自吸收现象,成功地甄别了Nd:YAG晶体中拉曼和荧光光谱,并详尽指认了荧光光谱线的相应跃迁归属。     

飞秒激光辐照ZnO晶体

利用飞秒激光对ZnO晶体进行辐照,对辐照前后的晶体样品进行发光光谱及拉曼光谱检测.辐照后发光光谱的某些发光峰强度有明显增强,但未产生新的发光峰,表明没有新的缺陷结构产生,但晶体内锌空位、间隙位锌、间隙位缺陷浓度增加.拉曼光谱结果表明,辐照后ZnO晶体未产生相变,但随着辐照激光功率的增大,拉曼峰327 cm-1,437 cm-1强度明显减弱,表明在飞秒激光辐照作用下氧化锌的结晶程度下降.但574 cm-1峰值却随着辐照功率的增大而变大,分析表明该拉曼峰很可能是由于晶体内间隙位缺陷所致.同时实验过程中观察到飞秒激光倍频光产生.     

用激光拉曼光谱研究乙醇对水分子氢键的影响

为研究少量乙醇分子对纯水中氢键作用的影响,测量了0~10%体积浓度区间乙醇-水溶液和纯水中羟基伸缩振动的激光拉曼光谱,并根据不同样品拉曼光谱间的差分光谱分析了低浓度溶液中乙醇分子的水合作用。研究结果表明:当向纯水中加入少量乙醇分子至4%体积浓度的过程中,水分子的四面体氢键网状结构得到扩大,同时乙醇分子疏水基团周围的水分子间氢键作用也得到加强;随着溶液中乙醇浓度的增加,乙醇分子间由于疏水水合作用逐渐聚集到了一起,造成溶液中疏水基团与水分子总的作用面积减少,溶液中的水分子氢键网状结构变得松散,最终一些水分子会脱离氢键网状结构并以大小不等的团簇存在于溶液中,而乙醇分子的亲水基团则与其周围的自由水分子通过氢键缔合在一起。     

基于拉曼光谱技术结合机器学习算法分析创伤后应激障碍

本文采用血清拉曼光谱方法探究了创伤后应激障 碍(PTSD)的发病率与创伤环境中暴露时间 长短相关联的原因与机理分析。在本实验中以大鼠为研究对象,测试了28例延长创伤环境暴露时间 和27例非延长创伤环境暴露时间的大鼠血清样品。在被测大鼠血清拉曼光谱中特征峰的暂定 分配表明各组 之间的特定生物分子具有一定的差异性。采用主成分分析提取特征,用以减少高维光谱的维 数,来提高判 别模型的速率,并对提取后的特征分别采用BPNN,ELM和SVM进行分类,其中SVM算法又分别用 线性 核函数、多项式核函数和RBF核函数(高斯核函数)三种不同的核函数来建立模式识别模型 。PCA-RBF-SVM取得的结果最好,准确率为94.5%。研究结果表明, 不同创伤环境暴露时长的血清 拉曼光谱存在明显的差异性,暴露时长使其化学或分子物质发生了改变,继而可能导致创伤 后应激障碍的发病率发生变化。     

激光拉曼光谱在水质分析中的应用

采用激光拉曼光谱对不同生产阶段自来水样品的硬度指标进行了研究,测量了水样品拉曼谱的弯曲振动峰与伸缩振动峰强度的比值,并计算了样品在伸缩振动拉曼峰处的退偏振度.结果表明,随着水样品总硬度的减少,弯曲振动峰与伸缩振动峰强度的比值和样品在伸缩振动拉曼峰处的退偏振度均随之减少.     

基于ACO-SVM的光谱分类算法研究

为了实现胡萝卜汁品牌的快速无损鉴别,文章以市售两种品牌的胡萝卜汁为研究对象,通过采集拉曼光谱,并结合支持向量机算法,建立了快速判断胡萝卜汁品牌的分类模型。两种品牌的胡萝卜汁光谱主要在1007 cm^-1,1157 cm^-1,1516 cm^-1这3个谱峰存在差异。先对拉曼光谱进行预处理,再选用蚁群优化算法进行特征选择,最后结合SVM构建分类模型。结果显示,相比SVM直接分类,模型ACO-SVM的最优分类准确率为96.67%,提高了2.5%;其分类时间为7.17 s,缩短了163.31 s。研究表明,基于拉曼光谱分析技术和模式识别算法构建的分类模型能够有效地鉴别胡萝卜汁品牌。     

几种人工合成色素的荧光光谱与拉曼光谱研究

应用荧光光谱仪及微拉曼光谱仪分别对几种常见的人工合成色素溶液的荧光光谱和拉曼光谱进行了实验研究。一方面,首次测量其不同浓度合成色素溶液的荧光光谱,讨论其谱线特性。另一方面,以有致癌性的合成色素苋菜红为例,应用拉曼光谱技术进行定性和定量检测,验证拉曼光谱对色素检测的可行性。为了提高探测灵敏度,以55nm的金纳米粒子溶胶为基底,在785nm激发光下对不同浓度的苋菜红溶液进行了表面增强拉曼光谱探测,探测到的最低浓度为10-17mol/L。分析结果为这种色素的合理利用及安全快速检测提供了有效的光谱实验依据,也为其它色素的检测提供了参考方法。     

几种人工合成色素的荧光光谱与拉曼光谱研究

应用荧光光谱仪及微拉曼光谱仪分别对几种常见人工合成色素溶液的荧光光谱和拉曼光谱进行了实验研究。一方面,首次测量其不同浓度合成色素溶液的荧光光谱,讨论其谱线特性。另一方面,以有致癌性的合成色素苋菜红为例,应用拉曼光谱技术进行定性和定量检测,验证拉曼光谱对色素检测的可行性。为了提高探测灵敏度,以55 nm的金纳米粒子溶胶为基底,在785 nm激发光下对不同浓度的苋菜红溶液进行了表面增强拉曼光谱探测,探测到的最低浓度为10~(-17)mol/L。分析结果为这种色素的合理利用及安全快速检测提供了有效的光谱实验依据,也为其它色素的检测提供了参考方法。     

基于傅里叶变换红外光谱技术测量气溶胶中硫酸盐的含量

气溶胶化学组成复杂,对硫酸盐含量进行定量分析时,基体干扰不明确,标准加入法具有可以消除基质效应的特点,而红外光谱具有测量速度快,操作简单等优势,因此实验利用标准加入法与红外光谱相结合的方法对气溶胶中SO42-的含量进行测量。在SO42-的标准加入量为0~0.3636 mg·m L-1范围内时,标准加入量与吸光度值之间线性关系良好,相关系数为0.974,回归方程为A=0.4720m。利用差谱技术对回归方程系数进行了验证实验,准确率为98.5%,同时对已知SO42-含量的气溶胶加标样品进行回收率实验,平均回收率为99.56%。实验结果说明此方法有效的消除了基质效应对SO42-定量分析的影响,为以后快速、实时测量气溶胶中硫酸盐含量建立了基础。     

液芯波导在拉曼光谱研究中的应用及其研究进展

采用液芯波导系统进行液体样品的光谱研究具有相当高的探测灵敏度，本文对液芯波导系统在拉曼光谱中的应用及其研究进展作了比较全面的综述．分析了液芯波导系统的特点及其影响液芯波导拉曼光谱强度的主要因素及其激励采集方法、液芯波导中的光漂白效应及其对荧光背景的消除作用，以及液芯波导中的光散射机制问题，并对液芯波导的主要应用做了详细介绍．     

海水阴离子溶液中水的激光拉曼光谱特性研究

本文对海水主要阴离子（SO42-、CO32-和HCO3-）水溶液中的水分子在温度变化下的拉曼散射特性进行了研究,探讨了水分子的振动模式随温度的变化规律和海水阴离子对水的影响。结果显示：随着温度的升高,水的伸缩振动峰逐渐向高频方向移动,拟合特征峰A1和A2强度比值呈下降趋势,表明水分子之间的氢键作用不断减弱,其数量在减少;同种阳离子溶液中不同阴离子对水拉曼峰偏移量影响的强弱顺序为：SO24-〉HCO3-〉CO23-。对探测识别海底热液口的原位物质成分具有重要的指导意义。     

双波长激光移频激发拉曼光谱测试系统设计

拉曼光谱检测常常受到荧光干扰,而移频激发拉曼差分光谱法(SERDS)是一种有效抑制拉曼光谱荧光背景的方法。基于该方法,采用两个波长相近、基于体布拉格光栅技术的固定波长激光器,设计了一套拉曼光谱测试系统。通过控制激光器的功率和温度,保证了输出波长的稳定性。采用高灵敏度的薄型背照式面阵CCD,设计了光谱数据采集光路和电路。同时,在软件上实现了差分光谱的三种重构算法,即简单积分算法、带数值插值的简单积分算法和多重约束解卷积算法。在实验中,利用文中系统对强荧光背景的某品牌香油进行了拉曼光谱测量,分别采用这三种算法处理差分光谱进行光谱重构,并对比了重构效果。实验结果表明,设计的系统能够有效抑制荧光对拉曼光谱检测的影响。     

Coherent Raman gain spectroscopy using CW laser sources

The recent demonstration of stimulated Raman gain (loss) spectroscopy (SRS) using CW laser sources introduces a powerful tool to coherent Raman spectroscopy. In this paper we undertake an experimental and analytical evaluation of several variations of SRS using CW laser sources including (1) direct stimulated Raman gain (loss) measurements, (2) optically heterodyned polarization interferometry, and (3) two-beam nonlinear interferometry. The results show CW SRS to be a convenient and effective means of obtaining direct Raman spectra in applications where background fluorescence precludes the use of conventional Raman techniques. Sensitivities comparable to or exceeding those obtained by coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS) are demonstrated. Ultimate sensitivities exceeding those achieved by spontaneous Raman spectroscopy are expected for high-resolution applications in gaseous media.     

Phase transition of Cu2O to CuO nanocrystals by selective laser heating

In this paper, we reported the preparation of CuO nanocrystals by microwave irradiation method. With the aid of suitable surfactants, CuO nanoparticles of uniform size and shape were successfully prepared. The as-prepared nano-products were characterized by different techniques such as Xray diffraction (XRD), Raman scattering, scanning electron microscopy (SEM), which all confirmed the good quality of the product. However, Raman spectra showed some peaks, which were attributed to impurity phases such as Cu₂O or Cu(OH)₂. Post annealing the samples by laser is a good method to convert these phases into pure CuO. Phase transition was observed in situ by Raman spectroscopy. After laser treatment process, Raman spectra of the samples showed that the nano-product is single phase and the crystal quality of CuO nanocrystal was improved clearly.     

液芯光纤共振拉曼光谱

在液芯光纤内产生共振拉曼效应，可以提高拉曼光谱强度１０９倍。用５１４．５ｎｍ波长、０．８０ｍＷ激光，１．４４ｍ光纤和６０ｍＷ激光，２．２３ｍ光纤分别获得了浓度为２×１０－９ｍｏｌ／Ｌ和９．６×１０－１２ｍｏｌ／Ｌ的β－胡罗卜素在ＣＳ２中的光纤共振剌曼光谱。实验中发现，低浓度下β－胡罗卜素拉曼光谱频移发生变化，并且，随着浓度的降低，其频移变化增大。     

碲镉汞体材料的显微Raman光谱

利用Raman显微镜测量了ACRT-Bridgman方法和Te溶剂方法生长的碲镉汞体材料的显微Raman光谱，在碲镉汞体材料的显微Raman光谱中识别出了碲镉汞的基本光学振动模，由此证明了碲镉汞按晶格振动的分类方法属于二模混晶；识别出了一个来源于类HgTe的TO1模 LO1模的二级Raman散射峰；观察到了碲镉汞体材料中两个新的Raman散射峰，分别位于662cm^-1和749cm^-1；观察到了碲镉汞基本光学振动模的TO1模与LO1模的Raman散射强度比的变化，指出该现象是由于Raman散射几何配置不同引起的。     

Er3+掺杂重金属氧氟锗酸盐玻璃的光谱性质和上转换机理

研究了Er^3 掺杂重金属氧氟锗酸盐玻璃的吸收光谱和上转换光谱性质，分析了玻璃中Er^3 的上转换发光机理，应用Judd—Ofelt理论计算了Er^3 在玻璃中的强度参数Ωt(t=2，4，6)，自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。结果表明，在975nm抽运光激发下，观察到强烈的绿光和微弱的红光；绿光和红光发射是由于双光子吸收过程，其上转换机理是能量转换(ET)和激发态吸收(ESA)。拉曼光谱分析表明，对于上转换发光，玻璃结构中的F^-离子起到重要作用。