拉曼除谱原位测量水溶液中蛋白质的酰胺A谱带

蛋白质的酰胺A谱带对蛋白质的酰胺氢键结构很敏感. 然而由于该谱带和水的OH伸缩振动谱带严重重叠,导致在蛋白质水溶液中原位测量酰胺A谱带依旧很困难. 我们提出了一种新的分析方法用于原位测量水溶液中的酰胺A谱带. 这个方法称为拉曼除谱法. 将蛋白质水溶液光谱除以纯水光谱即可获得拉曼除谱. 利用数值模拟从数学上肯定了使用拉曼除谱可以直接获得酰胺A谱带. 我们还通过测量溶菌酶和α-糜蛋白酶的固体和水溶液的拉曼光谱,这些光谱也证实了可以通过拉曼除谱法直接获取酰胺A谱带. 利用拉曼除谱还分析了溶菌酶的热变性过程. 这些研究表明拉曼除谱可以原位地表征水溶液中的蛋白质酰胺A谱带.     

CH4分子ν1模拉曼诱导克尔效应谱与受激拉曼光声光谱峰形的比较

以气相甲烷分子ν₁模Q支的拉曼光谱为例，采用拉曼诱导克尔效应谱(RIKES)进行峰形测量，并将其与同时测量的受激拉曼光声光谱(PARS)的峰形进行了比较.结果表明，在pump光和Stokes光均为线偏振的情况下，两者存在着差异；在拉曼共振峰的低频端，RIKES谱强度略高；而高频端则恰好相反.从信号产生机制出发，对此进行了合理解释. 关键词： 拉曼诱导克尔效应谱 受激拉曼光声光谱 峰形     

硫酸镁微液滴水和重水交换动力学的微区拉曼研究

本文利用微区拉曼技术,研究硫酸镁液滴水和重水交换的动力学.在低湿度时,由接触离子对连接形成的链状结构使硫酸镁液滴表面形成胶态结构,阻碍其与环境之间的水交换,造成表面和内部的结构差异.拉曼光谱的高空间分辨能力为观测这一特殊的表面结构提供了便利.沉积在聚四氟乙烯疏水基底上的硫酸镁重水液滴呈球形,可以实现对液滴表面和中心的两...     

液体水中的自由OH及其结构改变

液体水中自由OH的确认对理解液体水的微观结构非常重要. 通过随温度变化的水的拉曼光谱分析其相对强度的变化及退偏比,发现了自由-OH存在的直接证据,结果显示虽然液体水从5 oC到85 oC结构发生明显变化,但是自由-OH的含量几乎不变,且含量非常少,约为3%. 这表明了氢键从四氢键形式断裂时更容易发生在氢键受体部位.     

GaN基量子阱的激子跃迁和光学性质

采用光致发光谱、光致发光激发谱以及拉曼光谱对GaN基量子阱材料进行了实验观察和分析 .实验结果表明样品中量子点结构不均匀及InGaN层中In成分分布不均匀 ,且其光致发光谱的波峰是由自由激子辐射复合发光引起的 .同时由室温下InGaN/GaN量子阱的拉曼谱可得知InGaN/GaN多量子阱的结构特征     

拉曼光谱研究苯-重水间氢同位素分馏效应

应用金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了封闭体系内氢同位素在苯和重水之间的分馏效应。物相间达到同位素交换平衡是测定稳定同位素分馏系数的前提。与高温高压条件下水抑制正烷烃、环烷烃等烷烃的氢同位素分馏不同,苯的特殊结构可促使其在实验条件下与重水发生氢同位素分馏。通过逐步升高体系温度、增大苯和重水的接触面积、300 ℃下恒温足够长时间等实验手段促使苯和液态重水间达到氢同位素交换平衡,测得300 ℃条件下苯和重水之间的氢同位素分馏系数为0.909 9。证明了原位拉曼技术测定不同液相间氢同位素分馏系数的可行性,同时扩展了金刚石压腔结合拉曼光谱技术测定不同物相间稳定同位素分馏系数的应用范围。     

磁控共溅射法沉积的硅量子点SiN_x薄膜的光谱特性

采用双极脉冲和射频磁控共溅射沉积法在不同温度的Si(100)衬底和石英衬底上制备了富硅SiNx薄膜。在氮气氛中,于1 050℃下采用快速光热退火热处理,获得了包含硅量子点的SiNx薄膜。采用Fourier变换红外光谱、Raman光谱、掠入射X射线衍射和光致发光光谱对退火后的薄膜样品进行了表征。结果显示:Fourier变换红外光谱中出现了富硅Si—N键,表明薄膜为富硅SiNx薄膜;当衬底温度不低于200℃时,薄膜样品的拉曼光谱中出现了硅纳米晶的Si—Si振动横光学模,掠入射X射线衍射中出现了明显的Si(111)和Si(311)的衍射峰,证实了硅量子点的形成;发现存在一最佳衬底温度(300℃),该条件下获得的硅量子点的数量和晶化率最高;衬底温度为300和400℃的样品的光致发光光谱中均有3个可见荧光峰,结合拉曼光谱结果,用纳米晶硅的量子限域效应和辐射复合缺陷态对荧光峰进行了合理解释;由光致发光光谱计算出的衬底温度为300和400℃的样品的硅量子点平均尺寸分别为3.5和3.4nm。这些结果有助于优化含硅量子点的SiNx薄膜的制备参数,在硅基光电子器件的应用方面有重要意义。     

乳腺组织形态基元共焦显微拉曼光谱的研究

利用共焦显微拉曼方法,测定了乳腺组织切片的Mapping拉曼谱,光谱采样体积达到μm尺度.通过对这些共焦拉曼谱与商业提纯肌动蛋白、胶原等生化物质做出的谱的分析比较,分离出了来自细胞质、细胞间质、脂肪以及乳腺沉积物这些组织形态基元的拉曼谱;用K阶簇分析方法,还获得了细胞核基元谱;基元谱与提纯化学物质谱的相关分析印证了组织形态基元谱的来源.还分析总结了这些组织形态基元谱的特征.这些工作为深入理解组织形态与其拉曼谱的关系以及乳腺组织形态拉曼模型的建立奠定了基础.     

几种农药的显微拉曼光谱和荧光光谱

首次用显微拉曼光谱仪测试了几种用于粮食、蔬菜、水果的农药的拉曼光谱和荧光光谱。从一些市售农药上记录到了分子振动特征峰 ,从而可以区分这些农药。此外一些市售农药的荧光光谱也很不同。据此 ,可利用拉曼光谱仪根据拉曼谱和荧光光谱的不同 ,实时实地和快速地识别这些农药及其在粮食、蔬菜、水果表面上的可能残留。     

高压液态重水的拉曼光谱研究

应用金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了重水在291 K,0.1～800 MPa条件下的拉曼谱图。结果表明：压力增大的过程中,重水的拉曼伸缩振动光谱向低频方向移动,并且频移和压力基本呈线性相关。频移没有突变,没有发生相的转变。将重水的拉曼谱峰分解为代表分子内O—D振动的高频峰和代表分子间氢键振动的低频峰。研究这两种不同类型谱峰的性质,发现代表分子间氢键的低频峰峰面积在不同的压力范围内呈现出不同的变化特征,压力对分子间氢键的影响并不是持续不变的。拉曼峰的峰面积反映的是产生这种拉曼峰的振动的数目,峰面积的变化反映了特征振动数目的变化。由于分子间氢键的强相互作用,水分子总是倾向于形成对称的空间五分子四面体结构,因此最大峰面积代表了最稳定的五分子团簇结构。     

Raman Scattering in Light and Heavy Waters

We present the results of an experimental study of the spontaneous and stimulated Raman scattering (SRS) spectra and luminescence spectra of light and heavy waters. Also we investigate various samples of light water. We show the possibility of using spectral methods to detect impurities in water and determine the degree of its structuredness, which can serve as an additional criterion of the water quality. We find a fine structure in the SRS spectrum of heavy water in the low-frequency region.     

利用拉曼光谱分析冰Ih相的表面薄层的氢键结构

水是生活中一种最基本且最重要的物质,由于它的一些奇特性质和反常物性,得到了广泛的研究,而拉曼光谱是研究水分子结构的一种非常合适的方法,它通过获得分子的振动和转动信息来理解分子结构和分子间的相互作用。在常压下测量了-20～-190 ℃温度范围内冰Ih相的表面薄层的拉曼光谱,实验结果发现随温度降低,冰Ih相的O∶H范德瓦尔斯键向高波数方向移动,而O-H极性共价键向低波数方向移动;且拉曼频移与温度呈线性关系,通过对不同振动模式的斜率进行比较,判断其键长的伸缩变化关系,从而证明了冰Ih相密度随温度的减小而增大,采用氢键理论(结构)给予了解释。同时,发现在-150 ℃时,O-H键反对称伸缩振动模式和O∶H键振动模式的拉曼峰强发生了突变,这表明冰Ih相发生了相变--冰Ⅺ相(冰Ih的质子有序相)。     

基于新型超低频拉曼光谱的液态水分子高温研究

液态水是地球上大多数生化过程的化学支柱,对生物的新陈代谢是必不可少的。因此,它是一个跨科学领域的关键课题。水的理化特性被认为是氢键衍生结构的结果。然而,目前还很难在实验上定量地将水分子的理化特性与氢键结构联系起来形成完整的液态水分子结构理论。拉曼光谱因其快速、无损等优点成为表征液态水分子结构及其变化规律的主要手段。目前,水分子的拉曼光谱主要研究的是其高频振动模。然而,液态水较宽的低频拉曼模是氢键及其局部结构效应的结果,包含高频峰无法表征的特征信息,而超低频拉曼特征峰仍能在高温下揭示水分子（超）结构的许多关键细节。因此,在实验上实现对水分子的新型高温超低频拉曼光谱（5～200 cm-1频率区域）,探测得到理论预测的全部四种平动特征模,包括弯曲模（51.7 cm-1）、扭转模（81.4 cm-1）、对称（154.0 cm-1）和不对称拉伸模（188.6 cm-1）,并在225.2 cm-1处额外发现了平动-旋转耦合特征模。所有特征模都被精确指认。高温超低频拉曼光谱实验发现,首先在特征峰频率上,由于高温下氢键断裂导致水分子间的平均结构关联长度（SLG）迅速缩短,当温度从0 ℃升高到400 ℃,所有四种超低频特征模的频率都随温度升高而大幅蓝移。其次在特征峰强度上,拉伸模的强度在100和200 ℃间出现明显降低。而弯曲模的强度随着拉伸模频率从高频率到低频率依次升高,这是理论研究从未涉及的。最后在斯托克斯/反斯托克斯比值（R_S/AS）上,温度在150～170 ℃时（压强约为2 kbar）,R_S/AS迅速从1.1增加到1.3;当温度高于170 ℃时,R_S/AS随温度线性变化。综上所述,通过对水分子各共振模的频率蓝移、强度变化,以及斯托克斯/反斯托克斯比值等特征进行细致研究,得到温度对水分子结构,尤其是氢键衍生特性的影响。该新型高温超低频拉曼光谱方法,填补了部分理论空白,为深入全面地理解水分子结构提供了重要的实验依据。     

Water–ice phase transition probed by Raman spectroscopy

Raman spectroscopy was used to study the liquid–solid water phase transition. Special attention was devoted to the OH stretching band of the Raman spectrum, which shows monotonous changes in the temperature range between 10 and − 15 °C. The interpretation of this spectral change, as well as a careful analysis of its integrated scattered intensity, led to a spectral marker that allows the determination of the water phase (liquid or solid), and the efficient identification of the liquid–solid phase transition itself. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Quantum effects in the structure of liquid benzene at room temperature

Structural differences between liquid light (protonated) benzene and heavy (deuterated) benzene at room temperature have been measured using high energy electromagnetic radiation scattering techniques. Intra- and intermolecular effects have been examined, and the main quantum contribution is shown to be intramolecular. This is in contrast to the quantum effects measured in liquid water at room temperature, which are primarily intermolecular.     

温度对低共熔溶剂影响的二维拉曼光谱研究

低共熔溶剂（DES）作为一种新式的绿色溶剂，在多种化学过程中表现出色，因此在诸多热门范畴都展现出良好的发展潜力。对DES的光谱分析通常局限在一维光谱技术上，但其分辨率低、谱峰重叠严重等缺点，导致光谱数据存在误差。运用二维拉曼光谱（2D Raman），能够明显提高光谱分辨率，并发现重叠峰位置，获得在外扰条件下不同谱峰的变化顺序及其相互作用等重要信息，以实现对复杂体系的精确分析。以氯化胆碱（ChCl）和ZnCl₂合成的DES为例，利用显微共焦激光拉曼光谱仪分别对ChCl和DES进行拉曼实验，发现与ChCl相比，DES中各处峰的整体强度显著下降，原有的谱峰未消失，说明Zn2+的加入没有破坏ChCl的骨架结构。287 cm-1处出现一个新的特征峰，推测有Zn-Cl配位键的伸缩振动。对DES进行升温拉曼实验，发现随着温度的升高，NC₄的不对称伸缩振动峰强度逐渐减小，峰宽变大，峰形变缓，Zn-Cl配位键伸缩振动峰强度逐渐降低，峰位置基本不变，峰形有明显重叠。运用2D Raman技术对溶液内NC₄和Zn-Cl特征峰的变化进行研究，结果表明，随着温度的升高，溶液中发生ChCl向Ch+的解离过程，Zn2+与Cl-形成了多种配合物，ZnCl-₃，Zn₂Cl-₅，Zn₃Cl-₇之间存在相互转化。不同位置的特征峰随温度的变化顺序不同，将特征峰与团簇进行一一归属，得出了各个团簇对温度的敏感程度。基于量子化学中的密度泛函理论，对推测的物质结构进行构型优化和参数计算，证实了其存在的可能性，同时也验证了2D Raman的分析结果准确可行。这些结果将为DES的后续研究提供理论参考，拓展了二维光谱技术的应用范围。     

马达加斯加玛瑙的光谱学特征研究

玛瑙在世界各地分布广泛,有关玛瑙矿物学和光谱学特征的研究颇丰,但对产自马达加斯加安楚希希市和马哈赞加省的玛瑙的光谱学和产地特征研究甚少。采用正交偏光显微镜、红外光谱和拉曼光谱仪对5块来自安楚希希市和马哈赞加省具有纹带结构的玛瑙样品进行光谱学特征分析。结果表明：这两个产地玛瑙的主要矿物成分一致,均为α-石英和斜硅石。来自马哈赞加省的样品靠近中心的白色、红色部分斜硅石的特征拉曼峰（501cm-1）缺失,根据前人研究发现是与玛瑙内部的结构水之间发生脱水反应形成中性水分子,而这些中性水分子与斜硅石反应生成了石英颗粒有关。然而两产地玛瑙的致色矿物不同,马哈赞加省玛瑙棕色和红色部分具有222, 294, 410以及1 316 cm-1的特征拉曼位移峰,与赤铁矿的拉曼特征峰相符,确定这部分的致色矿物是赤铁矿,而安楚希希市玛瑙黄色部分只具有400和1 160 cm-1的特征峰,与六方纤铁矿的拉曼特征峰相符,因此此部分的致色矿物是六方纤铁矿（δ-FeOOH）。部分来自安楚希希市的玛瑙具有少量的杂质矿物,通过拉曼测试发现杂质矿物的成分也是六方纤铁矿（δ-FeOOH）和α-石英。结合六方纤铁矿的特性推测来自安楚希希市的四块样品是处于低温（<80 ℃）、Fe2+含量很少（β<0.03）且空气不流通的偏酸性的环境当中形成的。红外光谱测试发现两个产地的玛瑙均有液态水（3 400 cm-1左右）和结构水（3 750～3 500 cm-1）的红外特征峰,安楚希希市的结构水红外特征峰位于3 740 cm-1处,可推测该结构水位于结构缺陷处。结合马达加斯加玛瑙的光谱学特征和纹带结构的讨论,对推测马达加斯加玛瑙的形成机制有着重要的意义;并且六方纤铁矿（δ-FeOOH）可以作为区别于其他产地的标型矿物,具有产地特征意义;同时为研究马达加斯加玛瑙形成的地质环境提供了数据支持。     

29 ℃和0～1.0 GPa压力下丙三醇的拉曼光谱研究

利用氧化锆压腔在0～1.0 GPa和29 ℃条件下对液态丙三醇进行了拉曼光谱测量。实验结果表明,丙三醇的拉曼位移在2 800～3 000 cm-1范围内的CH和CH₂的伸缩振动谱峰随着压力的增大均连续向高波数位移,其拉曼位移与压力的关系可以表示为：ν_(CH)=0.009 2P+2 886.67和ν_(CH2)=0.009 4P+2 948.53。另一方面处理实验结果时发现,在0～1.0 GPa下丙三醇的ν_(CH2)拉曼位移可以进行压力标定,给出了以丙三醇作为压力标定计时的压力标定方程：P=106.4ν-3.14×105。