含油岩心显微红外光谱成像方法的研究

虽然用红外光谱显微探针方法研究岩心中碳质物已有很多工作,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别位点所得的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别并已得到广泛应用,但是用红外显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用透射和衰减全反射(ATR)两种方式对含油岩心进行了显微红外光谱成像(Mapping)的研究。从灵敏度、信噪比、光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得实验结果进行了比较和评估。     

有孔探针近场拉曼光谱和成像技术进展

基于有孔探针SNOM的近场拉曼光谱和成像技术的出现使得拉曼光谱的分辨率突破了光学衍射极限,从而提供了一个有力的工具对样品亚波长尺度之下的化学信息进行表征。文章讨论了探针性质对实现近场拉曼光谱的影响,并全面地介绍了有孔探针近场拉曼光谱发展十余年来在纳米尺度化学分辨成像、液-液界面性质研究、微观层面解释SERS增强机理、图像化反映SERS热点分布等诸多领域的研究进展。     

针尖增强拉曼光谱:技术、应用和发展

本文从提高表面拉曼光谱检测灵敏度和空间分辨率两个方面的发展叙述了针尖增强拉曼光谱的原理、方法、特点及最新进展。利用单晶电极上单分子层吸附物种的TERS研究和单壁碳纳米管的TERS成像例证了TERS所具有的高检测灵敏度和高空间分辨率。介绍了TERS理论的最新研究进展,并对TERS的应用前景做了预测。     

一种有效提高太赫兹时域光谱装置成像空间分辨率的方法

太赫兹波成像技术一个最显著的制约因素是其有限的空间分辨率。提出通过在样品前加小孔的方法来提高传统太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率。采用在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm小孔的方法使成像的空间分辨率从1.276 mm提高到0.774 mm,提高0.502 mm,约39％。通过这个简单的方法在传统的太赫兹时域光谱成像装置上实现了空间分辨率从毫米量级到亚毫米量级的提高。聚乙烯板上直径为1 mm的小孔被作为成像的研究对象,分别采用传统的太赫兹时域光谱装置对样品进行直接成像和在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm的小孔后对样品成像两种方式,并采用损失成像中信噪比较好的能量损失成像,对比两种方式得到的样品的太赫兹像,结果显示聚乙烯板上小孔的边界加小孔后成像比不加小孔直接成像明显清晰。证实了在样品前加小孔可以有效的提高太赫兹成像系统的空间分辨率。从理论上对通过在样品前加小孔提高系统空间分辨率的方法进行了分析,指出小孔尺寸越小,系统的空间相干长度越大,空间分辨率越高,但同时太赫兹信号的强度会相应减小。该方法可以简单有效的提高太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率,从而进一步拓展太赫兹谱成像技术的应用领域。     

显微拉曼光谱术在微纳电子学研究中的应用

拉曼光谱对被测样品的晶格与分子振动、转动能量非常敏感,而且拉曼光谱的测量具有非破坏性在微纳电子学研究中,需要原位的、高空间分辨率的、非接触的测量方法研究各种材料、器件的晶态、应力热学性质等参数.由此,显微拉曼光谱术就成为一种能够满足上诉要求的、实现多种参数测量的重要的手段.本文通过调研和实验研究了显微拉曼光谱术在硅、低...     

基于主成分分析-二阶导数光谱成像的红外显微图像分析

红外显微成像技术将红外光谱技术和显微技术相结合,不仅可以提供测试样品的光谱信息而且能够提供测试样品的空间分布信息。然而复杂样品的红外显微图像谱峰重叠严重,无法直接获得目标组分的分布信息。将因子分析与光谱分离技术相结合提出了主成分分析-二阶导数光谱成像方法。通过兔子动脉红外显微图像中胆固醇分布的成像实验,验证该方法的可行性和有效性。实验结果表明,该方法可以提高光谱分辨率,挖掘隐藏于重叠谱峰中的有用信息,是一种有效的红外显微图像分析方法。     

异硫氰基-孔雀石绿的拉曼光谱计算及分析

异硫氰基-孔雀石绿(malachite green isothiocyanate,MGITC)是应用于细胞探测,生物组织成分分析和细胞成像等方面的拉曼探针分子.本文首先给出了MGITC分子的结构图,并用密度泛函(DFT)算法对其进行了空间结构优化;然后分别用Hartree-Foek(HF)和MP2两种算法基于STO-3G基组计算了它的拉曼光谱与红外光谱,给出光谱强度图;并对比了两种算法的拉曼光谱图和其实验光谱图,结果显示了很好的一致性;本文还给了MGITC分子中的各个原子键长,键角等空间结构参数;并对MGITC分子在550～4 200cm-1区间的振动谱做了指认.这些工作将促进MGITC作为探针分子在生物学领域的应用.     

现代高分辨拉曼光谱仪的配置及应用研究

拉曼光谱分辨率是关系到从光谱中提取出样品结构信息的关键参数,高分辨拉曼光谱能够提供更多、更精细的样品有关信息。在此全面分析了现代高分辨拉曼光谱仪中决定光谱分辨率的各参数,辨析了易于混淆的分辨率和色散度概念。用理论分析和实验结果说明光栅密度与光谱分辨率的关系以及采用高密度光栅增进光谱分辨率所受到的限制、如何利用长焦长光栅增进光谱分辨率而不损害仪器通光效率、入射狭缝宽度对光谱分辨率及灵敏度的影响,在此基础上如何求得一个合理的平衡选择;并且用不同配置的现代新型拉曼光谱仪实验研究了多层硅结构中的应力分布和单壁碳纳米管管径分布,实验结果清晰地佐证了以上分析,并充分说明了拉曼光谱测量中选择分辨率的重要性。     

相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术研究

基于全量子理论对相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)过程进行了分析, 在此基础上搭建了单频CARS显微成像系统, 获得了不同尺寸聚苯乙烯微球高对比度的CARS显微图像. 为了标定成像系统的空间分辨率, 采用逐点扫描方式对直径为110 nm聚苯乙烯微球成像, 从而重构出系统的点扩展函数. 结果表明: 该CARS显微成像系统的横向空间分辨率约为600 nm, 而由阿贝衍射极限决定的理论空间分辨率约为300 nm. 分析了导致分辨率降低的原因, 并提出了解决方案. 为实现纳米分辨的CARS显微成像打下了坚实的基础.     

一种有效提高太赫兹时域光谱装置成像空间分辨率的方法

太赫兹波成像技术一个最显著的制约因素是其有限的空间分辨率。提出通过在样品前加小孔的方法来提高传统太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率。采用在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm小孔的方法使成像的空间分辨率从1.276 mm提高到0.774 mm, 提高0.502 mm, 约39％。通过这个简单的方法在传统的太赫兹时域光谱成像装置上实现了空间分辨率从毫米量级到亚毫米量级的提高。聚乙烯板上直径为1 mm的小孔被作为成像的研究对象, 分别采用传统的太赫兹时域光谱装置对样品进行直接成像和在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm的小孔后对样品成像两种方式, 并采用损失成像中信噪比较好的能量损失成像, 对比两种方式得到的样品的太赫兹像, 结果显示聚乙烯板上小孔的边界加小孔后成像比不加小孔直接成像明显清晰。证实了在样品前加小孔可以有效的提高太赫兹成像系统的空间分辨率。从理论上对通过在样品前加小孔提高系统空间分辨率的方法进行了分析, 指出小孔尺寸越小, 系统的空间相干长度越大, 空间分辨率越高, 但同时太赫兹信号的强度会相应减小。该方法可以简单有效的提高太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率, 从而进一步拓展太赫兹谱成像技术的应用领域。     

芬太尼类物质的振动光谱特征分析研究

通过分析28种芬太尼类物质的红外和拉曼光谱,研究了芬太尼类物质的振动光谱特征,考察了红外和拉曼光谱对芬太尼类物质的区分能力。整体上看,芬太尼类物质的红外和拉曼光谱表现出不同的光谱特征,具有互补性。在红外光谱中,不同盐型芬太尼类物质在3200～2 000 cm-1区间差异显著,碱型化合物在2 972～2 952 cm-1存在强的吸收峰,盐酸盐化合物在2 600～2 320 cm-1存在中等强度的多重吸收峰,枸橼酸盐化合物在3 100～2 800 cm-1存在中等偏弱的宽吸收峰。在红外光谱中,芬太尼类物质在1 750～1 630 cm-1存在由C═O键伸缩振动引起的强吸收峰,在710～680 cm-1存在由苯环面外弯曲振动引起的强的单峰或双峰。在拉曼光谱中,28种芬太尼类物质均在1 001～1 002 cm-1处有强的拉曼峰,该峰是由苯环上C-H键的面内弯曲振动引起的。含烷基、苯基、四氢呋喃基取代化合物的拉曼光谱中,1 000 cm-1左右位置的峰为基峰,其他峰的强度均低于基峰强度的30%;含氟、呋喃、硫代等取代基化合物的拉曼光谱中,除1 000 cm-1左右位置的峰外还有其他高强度的峰。红外光谱可用于区分所有芬太尼类物质,对绝大多数化合物区分度高,对个别结构相差一个甲基的芬太尼结构类似物的区分度较弱,但通过指纹区的特征吸收峰,也可实现区分。当不存在荧光干扰时,拉曼光谱可用于区分所有的芬太尼类物质,对绝大多数化合物区分度高,对部分结构相差一个甲基或不同位置甲基取代的芬太尼结构类似物的区分度较弱,但通过指纹区的特征峰,也可实现区分。红外光谱和拉曼光谱均具有无需样品前处理、测试速度快、检测成本低、绿色环保等优点,便携式设备可用于现场快速检验。拉曼光谱仪测定某些样品时会受到荧光干扰,具有一定的局限性。与拉曼光谱相比,红外光谱无荧光干扰、谱图一致性高、商业谱库更加完备,是现场快速定性分析的首选方法。     

拉曼面扫描无损鉴定矿物包裹体：以彩虹方柱石中的磁铁矿包裹体为例

如何利用拉曼光谱对矿物中的微小包裹体进行无损鉴定，是矿物学与宝石学研究中经常遇到的问题。彩虹方柱石是一种含有特殊包裹体的方柱石，其包裹体在反射光下呈现虹彩效应。本文利用超景深显微镜、电子探针、显微激光拉曼光谱、X射线粉晶衍射分析，特别是创新性运用拉曼光谱面扫描填图技术对彩虹方柱石中微小的磁铁矿包裹体进行了无损鉴定研究。显微特征显示，彩虹方柱石的包裹体可能和固溶体出溶有关，微小包裹体平行排列，形成了类似反射型衍射光栅的结构，导致其在反射光下出现彩虹色。根据电子探针测试结果，彩虹方柱石端元组分为Ma_68.2-69.7Me_30.3-31.8，属针柱石亚族。根据拉曼光谱测试结果，部分包裹体出现了位于661 cm-1处的弱拉曼峰。由于图谱信噪比普遍偏低且该峰并不会在所有测试位置出现，所以容易被忽略。为进一步探究该峰的来源，对包裹体部位进行拉曼面扫描，并选择630～680 cm-1范围的拉曼峰进行了相关性分析，确认了包裹体位置普遍存在位于661 cm-1处的弱拉曼峰。该拉曼峰可归属为磁铁矿的A_1g振动峰，从而确认了产生虹彩效应的针状包裹体中包含有更微小的磁铁矿包裹体。XRD测试结果表明，包裹体较多的样品存在位于2.51 Å处的磁铁矿（311）晶面衍射峰，进一步验证了拉曼光谱面扫描的结果。根据上述实验，拉曼面扫描技术或许可以成为鉴定矿物宝石中微小包裹体的有效辅助性手段。该研究创新性提出，如果矿物包裹体的拉曼信号很弱，可以将拉曼面扫描结果与包裹体的分布特征结合分析来判断该信号的有效性。同时为无损鉴定矿物中的包裹体提供了一种新的研究思路与方法。     

岩浆接触变质煤结构特征的谱学研究

为了探讨岩浆侵入对煤结构参数的演化规律,对淮南煤田朱集区13-4钻孔内岩浆接触带两侧的4个煤样品进行了X射线衍射和激光共焦显微拉曼光谱测试和分析。结果表明：煤的XRD光谱均显示出较高的背景强度,在26°与42°附近出现明显的石墨衍射峰;煤的拉曼光谱在1 000～2 000 cm-1波数范围内有两个明显的振动峰,分别为宽缓的D峰(1 328～1 369 cm-1)和尖锐的G峰(1 564～1 599 cm-1)。在岩浆侵入的影响下,煤结构参数的变化与煤级的变化有很好的相关性。     

高分辨X射线晶体谱仪及其在激光等离子体中的应用

对椭圆型聚焦晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统进行了优化设计.优化设计后的椭圆型聚焦晶体谱仪系统的工作距离981.56 mm和摄谱范围0.133～0.756nm,并具有很好的谱分辨本领(λ/Δλ≥1000)和信噪比.新设计的椭圆型聚焦晶体谱仪首次在"神光Ⅱ"X光激光靶室上成功地获得了激光等离子体谱线信息并辨认和归类了一些离子的谱线,同时还给出了实验测定的谱仪能量分辨率.其中一些离子谱线诸如类离子共振线、伴线、互组合线和Ly-α线谱可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓打下了坚实基础.     

石油组分的拉曼位移特征统计分析Ⅱ: 环烷烃和不饱和烃

了解不同类型烃类的拉曼光谱特征有助于更好地利用拉曼光谱技术分析烃类包裹体。主要统计和分析了环烷烃和不饱和烃的典型拉曼位移特征。结果显示,环戊烷和环己烷C-C键最强拉曼峰主要集中在1 440~1 460 cm-1之间,而通过环戊烷和环己烷分别在890和785 cm-1的稳定特征峰可以进行区分。环戊烷随着支链数的增加,其C-C键最强拉曼峰的波数增大至1 460 cm-1。含一个支链的五元环烷烃C-C键最强拉曼峰位于1 445 cm-1,含两个支链的五元环烷烃C-C键最强拉曼峰为1 450 cm-1,含三个及以上支链的五元环烷烃C-C键最强拉曼峰为1 460 cm-1。环己烷随着支链数增加C-H键最强拉曼峰发生红移,C-C键最强拉曼峰主要分布在1 440~1 460 cm-1范围内。含一个支链的环己烷最强拉曼峰组合特征明显,分布在1 445 cm-1±,1 034 cm-1±,2 853 cm-1±和2 934 cm-1±,含两个支链的环己烷C-C键分布在1 440~1 460 cm-1,C-H键的最强拉曼峰为2 926 cm-1±,含三个支链的环己烷具有1 459 cm-1±和2 924 cm-1±的最强拉曼峰组合。烯烃碳碳双键的特征峰为1 641 cm-1±。炔烃特征峰在2 200 cm-1±,而1 445 cm-1±,2 908 cm-1±和2 933 cm-1±三个强峰可作为辅助识别标志。这些特征可以用于识别烃类包裹体中的环烷烃和不饱和烃。     

基于Voigt函数的拉曼成像插值方法

拉曼成像是拉曼光谱技术非常重要的一个环节,通过生成光谱数据的伪彩图像,可以得到采集区域中某物质组分的浓度和位置分布信息,当前,拉曼成像技术已经逐渐成为监测生物活性以及物质组分的最优解之一.为了得到清晰的成像效果,采集过程中的数据量不宜过小,否则成像效果差、锯齿感较重,从而导致视觉效果不好.但是,数据量的增加虽然可以得到...     

A combined transient and steady state approach for robust lifetime spectroscopy with micrometer resolution

We present the combination of two complementary micro‐photoluminescence spectroscopic techniques operating in transient and steady state condition, respectively. Introducing the time domain into the well‐established micro‐photoluminescence mapping approach operating under steady state conditions demonstrates a distinct improvement of the robustness and reliability in the determination of charge carrier lifetime measured with micrometer spatial resolution. Lifetimes from 50 ns to above ms are accessible. We elaborate a calibration procedure and apply the combined all‐photoluminescence setup to high‐performance multicrystalline silicon. A lifetime image obtained from the established photoluminescence imaging technique is reconstructed from the microscopic map by considering lateral diffusion and optical blurring, revealing a more detrimental influence of small angle grain boundaries as well as a higher lifetime within grains as may be deduced from the standard imaging technique. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim)     

集成光谱学和显微学技术的多域高分辨表征平台

本文研究了最近建立的集成光谱学和显微学技术的多域(能量、空间、时间)高分辨表征平台. 它提供了一种前所未有的方式来分析材料的光谱(能量)在时间域和空间域方面的演变. 展示了在此多域分辨平台上所采集的几种实验结果，其中包括原位拉曼成像(高分辨率拉曼、偏振拉曼、低波数拉曼)、时间分辨光致发光成像和光电性能成像等等. 新建立的多域高分辨表征平台将在材料科学的光化学领域发挥重要的作用.     

Z箍缩等离子体高分辨X辐射谱诊断

 为了获取丝阵Z箍缩等离子体高能谱分辨的X辐射图像,建立了云母球面弯晶X光摄谱仪,根据色散平面内球面弯晶诊断空间分布X光源的几何模型分析了摄谱仪的能谱分辨,计算结果与光线追迹方法得到的结果吻合。当探测器位于罗兰圆上时,系统具备最优能谱分辨。在“强光一号”装置上,利用该摄谱仪诊断了镀镁铝丝阵负载Z箍缩等离子体的X辐射图像,结果表明,该球面弯晶摄谱仪的能谱分辨率高于1 000。