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。     

温度对LiCl/(DMSO-H_2O)溶液影响的2D-IR研究

对溶液的研究,尤其是金属离子在双溶剂溶液中的研究是化学化工和环境科学等领域的重要环节。传统的溶液分析方法主要是利用一维红外光谱或拉曼光谱等进行分析,但其分辨率低,误差较大,谱峰重叠严重,难以对复杂的体系进行研究。采用二维红外光谱和密度泛函理论相结合的方法,以实现对溶液内团簇的准确分析。利用傅里叶变换红外光谱仪,温度为外扰条件,在4 000～400 cm~(-1)范围内分别对双溶剂DMSO-H_2O和Li~+/(DMSO-H_2O)溶液体系进行红外光谱实验。对所得数据进行归一化等处理,获得SO双键的一维红外光谱图,发现水的加入使DMSO的SO红外光谱发生了红移,且随着温度的升高SO红外振动强度逐渐增加, Li~+加入使得SO双键强度整体下降,其谱峰重叠严重,难以分析。利用二维红外光谱对溶液中团簇内分子SO双键的类型、动态变化、变化顺序以及锂离子对其的影响进行分析,获得其变化规律,解决了一维红外光谱存在的问题。结合密度泛函理论计算对团簇结构进行优化和分析,证明二维红外光谱分析结果的正确性和可行性,实现理论计算与实验的相互印证,拓宽二维红外光谱与密度泛函理论的研究领域。实验以温度为扰动,针对DMSO-H_2O和Li~+/(DMSO-H_2O)溶液中团簇内分子SO双键的变化,运用二维红外光谱探讨溶液中微团簇变化规律。研究发现,温度扰动时,溶液的二维同步红外光谱中,在1 010, 1 045, 990和1 020 cm~(-1)附近有四个自动峰,说明溶液中团簇内存在甲基的振动, DMSO·H_2O、单体以及二聚体DMSO分子团簇的振动;二维异步红外光谱中,发现1 010 cm~(-1)的DMSO·H_2O较先变化,说明该团簇对温度扰动更加敏锐。结果表明,结合密度泛函理论计算和二维红外光谱分析能较好地了解溶液中团簇的存在形式及温度扰动对它们的影响与变化规律,实现了一维光谱中由于峰的重叠或变化不明显等对化学信号的提取。     

质谱和拉曼光谱对[M(H2O)n]+(M=Li,K)水合团簇的研究

采用质谱、拉曼光谱及理论计算对[M(H₂O)_n]+(M=Li,K)水合团簇进行了研究。质谱分析[M(H₂O)_n]+(M=Li,K)水合团簇的离子峰,推测其水溶液中最大水化数为12和13。采用拉曼光谱对浓度梯度相同的LiCl和KCl水溶液进行了讨论与比较,Li+和K+的水化作用导致~3 208 cm-1水结构拉曼峰发生了明显的变化,其中LiCl和KCl溶液的浓度分别在0~2.0和0~2.5 mol·L-1范围内,水化作用呈线性增强,浓度大于2.0和2.5 mol·L-1时,偏离线性关系,出现缔合。理论计算[M(H₂O)_n]+水合团簇结构和理论拉曼光谱表明,Li+,K+分别在n>4和n>6开始第二水化层,O-H伸缩振动频率发生了蓝移,氢键结构遭到了破坏,与实验结果一致。     

Mg_2Si_n(n=1～9)团簇结构、稳定性与光谱性质的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311G(d)基组的水平上对Mg2Sin(n=1~9)团簇的多种可能几何构型进行了结构优化,获得了各个尺寸下团簇的最低能量结构,随后对最低能量构型的稳定性、红外光谱与拉曼光谱性质进行了理论研究。结果发现:当n≥3时,Mg2Sin团簇的基态构型均为立体结构;Mg原子的掺入提高了体系的化学活性;Mg2Si4与Mg2Si6是幻数结构;在相同的观察频段内,Mg2Si4团簇的红外光谱只有一个强振动峰,拉曼光谱强振动峰的个数较多且位于高频段内,其拉曼活性较强,与之相反,Mg2Si6团簇的红外光谱强振动峰个数较多,而拉曼光谱强振动峰则只有一个,表明其红外活性较强。     

TixY1-xBa2Cu3O7-δ超导体的红外、远红外光谱

本文报道了Ti_xY_1-xBa₂Cu₃O_7-δ(x=0.2和0.4)在4.2—300K的红外、远红外光谱。在50—360cm^-1波段内发现七个反射峰。它们分别与Ba,Cu,O离子团,Y,O离子团。Ti,O离子团,以及Cu—O键的振动有关,对于x=0.2的样品,存在两个反转结构。对于x=0.4的样品,则仅发现一个反转结构。在红外光谱中观察到六个反对峰和三个吸收峰,它们的强度大多随Ti含量的增加而增强。与Y₁Ba₂Cu₃O_7-δ的光谱结果比校,讨论了声子峰及反转结构的物理起因。 关键词：     

MgB2超导薄膜的变温拉曼光谱研究

MgB₂作为迄今为止超导转变温度最高的合金超导体,由于其具有结构简单、相干长度长、晶界间不存在弱连接、上临界场很高、电-声散射时间短等特点,MgB₂超导薄膜在电子学领域有着广阔的的应用前景。拉曼光谱是研究电-声子相互作用和超导能带的一种有效方法,且已广泛用于分析MgB₂材料的电子、声子特征以及超导体能带结构,研究表明,样品质量、晶粒尺寸以及测试条件对MgB₂拉曼峰的峰位和峰形影响很大,其中拉曼光谱随温度的变化也是一个研究重点,但目前关于MgB₂变温拉曼光谱的研究,测试的温度范围相对较小,局限在83 K到室温区域或是转变温度附近。研究了大范围温度区间内MgB₂薄膜的拉曼光谱变化,采用混合物理化学沉积法在(0001)SiC衬底上制备了MgB₂多晶薄膜,薄膜的晶粒尺寸约为300 nm,超导转变温度为39.3 K,对其在10～293 K之间的拉曼光谱进行了测试,测量的波数范围为20～1 200 cm-1。变温拉曼光谱的测试结果显示,在高频620 cm-1附近以及低频80和110 cm-1附近存在MgB₂的拉曼峰。经分析,低频区域出现的两个拉曼峰的频率与超导能隙宽度相对应,表明MgB₂的双能隙特性。考虑到MgB₂中四种声子模式的拉曼活性,高频620 cm-1附近的拉曼峰应是由E_2g振动模所贡献的,且随着测试温度的降低,该拉曼峰的峰位未发生明显的偏移,但半高宽显著变小,从293 K时的380.7 cm-1减小到10 K时的155 .7 cm-1,分析表明E_2g声子与电子系统的非线性耦合所引起的非简谐效应可能是拉曼峰半高宽线性变小的主要原因。     

不同晶粒尺寸SnO2纳米粒子的拉曼光谱研究

对晶粒尺寸在4—80nm范围的纯SnO₂纳米颗粒进行了拉曼散射研究.除了SnO₂本征拉曼振动峰外，还有几个新的拉曼振动峰和波长在700nm左右的一个发光很强而且峰宽很大的荧光峰被观察到.结果所示，当纳米颗粒尺寸减小时，纳米SnO₂颗粒的体相 特征拉曼峰变弱，而由缺陷，表面和颗粒尺寸引起的相关效应呈强势.晶粒尺寸在20nm左右是引起体相拉曼光谱变化的临界尺寸.晶粒尺寸在20nm以下，其体相拉曼峰的发生宽化和峰位移动，以及分别出现在位于571cm^-1 的表面振动峰，位于351cm-1 处的界面峰和与表面吸附水分子及氢氧基团的N系列拉曼峰是纳米SnO颗粒的主要特征.这些结果反映了纳米颗粒的微结构变化与颗粒尺寸和表面效应以及它们之间相互作用的信息. 关键词： ２')" href="#">纳米SnO_２ 拉曼光谱 荧光光谱 水分子的吸附     

硅钨酸晶体合成和谱学研究及与罗丹明B复合反应探索

通过水热法合成新型硅钨酸化合物[Cu(en)₂(H₂O)]_n{[Cu(en)₂] [SiW₁₂O_39.5]}_n(OH)_n·n(en)。化合物属于三斜晶系,P空间群,呈一维双链结构,配体与簇阴离子间的氢键构成二维层状结构,层与层之间通过游离的乙二胺（en）分子、羟基与簇阴离子间的强氢键作用连结成三维超分子。利用X射线粉末衍射、红外光谱、磁微扰及热微扰下的二维红外光谱、固体紫外可见漫反射光谱和热重分析等方法对化合物进行研究。X射线粉末衍射（XRD）显示,化合物测试谱图和单晶结构数据模拟谱图主要峰位重合,峰形基本一致,表明合成的化合物较纯。红外光谱（FTIR）显示,在1 100~700 cm-1,出现了饱和Keggin结构4个特征振动吸收峰,3 600~3 300 cm-1处ν_as(O-H)吸收峰由于形成氢键峰出现了宽化;5~50mT磁场变化下的2D-IR COS显示,890,800和780 cm-1处较强的磁响应峰分别为ν_s(W═O_d),ν(W-O_b-W)和ν(W-O_c-W),这是由于磁性粒子Cu与簇阴离子上的端氧配位导致钨氧骨架伸缩振动时偶极矩随磁场发生变化;50~120 ℃热微扰2D-IR COS显示,920 cm-1处出现很强的ν_as(W═O_d)响应峰,762 cm-1处的ν(W-O_b-W)和748 cm-1处的ν(W-O_c-W)响应峰相对较弱,验证了结构分析中簇笼上端氧形成的氢键比桥氧的氢键多,强氢键作用导致整个簇阴离子骨架对热响应敏感;固体紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）光谱表明,化合物分别在309和558 nm处出现了O→W的LMCT跃迁和Cu2+的d→d跃迁。热重分析（TGA）显示,失重过程分为3个阶段,第1阶段主要失去游离的乙二胺分子和羟基,第2阶段失去配位乙二胺和配位水,第3阶段540 ℃后,钨氧簇骨架开始坍塌。探讨不同pH条件下化合物与染料罗丹明B（RhB）的复合反应情况,实验表明强酸性条件有利于复合反应,生成紫色复合物沉淀,在pH 1时绘制RhB的标准浓度曲线,并利用紫外吸收光谱检测复合反应后试液中残余的RhB的吸光度,通过进一步计算得出RhB与化合物复合反应的最佳配比为4∶1,为去除工业废水中难以降解的有机污染物RhB提供了新的途径,显示了化合物的潜在应用前景。     

单层与双层WSe2纳米片层的光致发光

采用气相沉积法制备了WSe₂二维纳米材料,对其低温光致发光谱进行了研究。结果表明：随着WSe₂层数的增加,其光致发光强度单调下降;当WSe₂层数从单层增加为双层时,其发光强度急剧下降,表明其能带结构已从直接带隙转变为间接带隙。进一步研究了双层WSe₂的变温光致发光谱,发现随着温度的升高,双层WSe₂发光峰中A峰峰位的变化基本符合半导体带隙的温度变化规律,而I峰峰位红移与温度基本成线性关系,表明双层WSe₂同时存在间接和直接跃迁,且直接跃迁和间接跃迁特性不同。     

基于二维相关技术的氯吡脲拉曼光谱分析

氯吡脲作为一种苯脲类生长调节剂,被广泛应用于果蔬中,但是氯吡脲若过量使用,会严重影响果蔬的内在质量,且摄入过多会影响人的身体健康。现有的检测方法,虽然技术上成熟、精度高,但技术条件要求高、样品预处理过程复杂、耗时、检测费用高。利用二维相关拉曼光谱技术对乙酸乙酯中氯吡脲的浓度变化进行检测研究,建立一种灵敏、快速、高效的检测果蔬中氯吡脲的技术提供理论基础,对食品安全具有重大意义。采集氯吡脲粉末的拉曼光谱图,结合氯吡脲分子的结构图可对拉曼光谱谱图中的峰进行归属。配置浓度分别为2.5,5.0,7.5,10.0,12.5,15.0,17.5和20.0 g·L-1的氯吡脲乙酸乙酯溶液并采集拉曼光谱,对不同浓度的氯吡脲乙酸乙酯溶液的光谱数据进行二维相关分析,得到氯吡脲的拉曼二维相关同步谱图和异步谱图,分析同步谱图得出842, 992, 1 044, 1 442和1 604 cm-1的几处交叉峰具有协同作用,随着氯吡脲浓度的升高而升高;分析异步谱图得出交叉峰敏感性为1 044 cm-1>992 cm-1>842 cm-1,1 735 cm-1>1 604 cm-1>1 442 cm-1,842 cm-1>1 735 cm-1。结果表明,乙酸乙酯中氯吡脲的拉曼特征吸收峰分别为842,992,1 044,1 442,1 604和1 735 cm-1,其中1 044 cm-1（苯环的环伸缩振动）、992 cm-1（吡啶环的环呼吸振动）、842 cm-1（C-O-N假对称的伸缩振动）、1 735 cm-1（C=O伸缩振动）对氯吡脲浓度变化比较敏感,敏感度顺序为苯环的环伸缩振动>吡啶环的环呼吸振动>C-O-N假对称的伸缩振动>C=O伸缩振动>多个耦合峰的C=C伸缩振动>C-H的变形振动。拉曼光谱与二维相关技术相结合可以准确地反映出氯吡脲随浓度变化,为果蔬中氯吡脲含量的检测奠定了理论基础。     

常见氯盐溶液中阳离子对水分子氢键影响的拉曼光谱研究

为了全面认识地质流体中常见阳离子对水的结构的影响, 在室温下通过对NaCl—H₂O,CaCl₂—H₂O,MgCl₂—H₂O,CuCl₂—H₂O,ZnCl₂—H₂O和FeCl₃—H₂O体系中水的O—H伸缩振动拉曼谱3 400 cm-1左右的最大峰频率的移动和低于3 433 cm-1强肩峰强弱的系统研究,考察了常见阳离子的离子电荷、离子半径、离子所属族以及络合效应等因素对水的O—H伸缩振动拉曼光谱的影响。并首次通过络合物的生成和阳离子破坏效应的共同作用来讨论相同浓度的不同种类氯盐溶液中阳离子对水氢键的影响,得到结论,对水的氢键的破坏作用：CaCl₂＞MgCl₂＞FeCl₃＞NaCl＞ZnCl2＞CuCl₂。     

二维红外相关光谱研究温度对卵转铁蛋白构象的影响

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和二维相关光谱分析技术研究了无铁卵转铁蛋白和饱和铁卵转铁蛋白在加热条件下(25～95 ℃)构象变化规律。结果表明,随着温度升高,无铁卵转铁蛋白在3 300 cm-1处的峰的迁移程度比饱和铁卵转铁蛋白大,说明卵转铁蛋白结合铁后氢键作用增强,对热的抵抗性增强。二维红外图谱分析显示,无铁卵转铁蛋白与饱和铁卵转铁蛋白的二级结构变化顺序为β-折叠>酰胺Ⅱ>-CH₂-弯曲振动。通过对比无铁卵转铁蛋白和饱和铁卵转铁蛋白的二维同步和异步图谱发现,在1 652和1 688 cm-1处的交叉峰存在差异,卵转铁蛋白结合铁后温度对其二级结构中α-螺旋影响变小,而对β-转角的影响变大。     

LaCl_3溶液中微团簇的光谱研究

对LaCl_3溶液拉曼和荧光光谱及其变化进行了理论计算和实验研究,得到了较为全面的光谱信息。基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d,p)+Def2-SV(p)基组水平上计算了氯化镧溶液中的微团簇结构,结果表明微团簇分子趋向于形成9配位结构,验证了计算方法的可行性。理论拉曼光谱与实验光谱相比基本一致,随着LaCl_3的加入溶液拉曼光谱在300~600cm~(-1)范围内峰的强度稍微增大,原因可能为La—O振动与水中O—H的面内、面外摇摆峰叠加形成的;在3 000~4 000cm~(-1)范围内,氯化镧溶液与水相比峰形变窄,可能是由于在溶液中原有的水团簇结构破坏后形成的镧水合物中O—H的伸缩振动导致。荧光发射光谱在350nm处出现明显的新峰,且与浓度呈良好的线性关系,从络合物角度实现了对氯化镧溶液的定量分析;同样的基组水平上计算了团簇的荧光发射中心,在误差允许范围内,理论计算与实验值基本吻合,实现了对实验光谱中新峰的指认与归属。     

红外和拉曼光谱的煤灰矿物组成研究

研究煤灰中矿物质的性质通常从矿物组成的表征入手。为了分析两种高硅铝煤灰的矿物成分,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和X射线衍射(XRD)技术对煤灰样进行了测试和综合表征,将FTIR和拉曼光谱的分析结果与XRD进行了比较。FTIR结果表明,在1 100~1 000 cm-1范围内高硅铝煤灰出现最强的特征峰,例如石英峰(1 089 cm-1)和偏高岭石峰(1 042 cm-1),它们都归属于Si-O伸缩振动。对原始红外谱图进行二阶导数处理后,可获得重叠峰的峰位,有助于更完整的解析矿物吸收峰,从而获得更丰富的矿物组成信息。煤灰中硬石膏的红外和拉曼光谱发现,在1 157,1 126和674 cm-1的拉曼光谱峰与在1 151,1 120和678 cm-1的红外光谱峰振动模式分别相同且峰位接近,还存在一些完全不同的拉曼光谱与红外光谱峰,表明这两种光谱存在互补性。尽管煤灰中锐钛矿含量很低,但由于Ti-O的极化率很高,因此拉曼光谱显示锐钛矿的144 cm-1峰远远强于石英的461 cm-1峰。XRD结果表明,煤灰中主要存在石英、云母、赤铁矿、硬石膏和未知的无定形相矿物,FTIR和拉曼光谱综合分析的结果表明除了这些矿物,还存在偏高岭石、无定形氧化硅、长石、方解石和锐钛矿等。在定性分析方面,将FTIR和拉曼光谱结合起来比XRD单独获得的矿物组成信息更为详细。     

Phase‐specific Raman analysis of n‐alkane melting by moving‐window two‐dimensional correlation spectroscopy

We use moving‐window two‐dimensional correlation spectroscopy (MW‐2DCOS) for phase‐specific Raman analysis of the n‐alkane (C₂₁H₄₄) during melting from the crystalline solid phase to the intermediate rotator phase and to the amorphous molten phase. In MW‐2DCOS, individual peak‐to‐peak correlation analysis within a small subset of spectra provides both temperature‐resolved and spectrally disentangled Raman assignments conducive to understanding phase‐specific molecular interactions and chain configurations. We demonstrate that autocorrelation MW‐2DCOS can determine the phase transition temperatures with a higher resolving power than commonly used analysis methods including individual peak intensity analysis or principal component analysis. Besides the enhanced temperature resolving power, we demonstrate that asynchronous 2DCOS near the orthorhombic‐to‐rotator transition temperature can spectrally resolve the two overlapping peaks embedded in the Raman CH₂ twisting band in the orthorhombic phase, which had been only predicted but not observed because of thermal broadening near the melting temperature. Published 2016. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.     

二硅酸钠晶体、玻璃及其熔体结构的拉曼光谱研究

采用铜蒸气脉冲激光光源和时间分辨探测技术,实现了对ＪＹＵ１０００拉曼光谱仪的高温改造,可在样品温度高至２０２３Ｋ下稳定地测谱;二硅酸钠晶体、玻璃及其熔体的测量结果表明,高温Ｒａｍａｎ光谱不仅可分辨不同的结构相、提供固－液相变信息,而且能分析具有不同桥氧数的硅氧四面体微结构单元,即聚合状况以及它们随温度的变化,因而为物质的结构研究,特别是高温状态的熔体的研究,提供了重要的手段和依据。     

Study of carrier concentration profiles in Al‐implanted Ge by micro‐Raman spectroscopy under different excitation wavelengths

The distribution profile of Al implanted in crystalline Ge has been investigated by micro‐Raman spectroscopy. Using different excitation laser lines, corresponding to different optical penetration depths, the Al concentration at different depths beneath the sample surface has been studied. We have found a strong correlation between the intensity of the Al–Ge Raman peak at ~370 cm⁻¹, which is due to the local vibrational mode of substitutional Al atoms, and the carrier concentration profile, obtained by the spreading resistance profiling analysis. A similar connection has been also observed for both shape and position of the Ge–Ge Raman peak at ~300 cm⁻¹. According to these experimental findings, we propose here a fast and nondestructive method, based on micro‐Raman spectroscopy under different excitation wavelengths, to estimate the carrier concentration profiles in Al‐implanted Ge. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种基于中值滤波和统计学的拉曼光谱spike剔除算法

拉曼光谱是一种已广泛应用于化学、生物学和物理学的技术。然而拉曼光谱仪的电荷耦合器件很容易受到宇宙射线的影响,从而产生随机的窄带宽、高强度的spike。在真实样品中出现概率较低,约为千分之一,但一旦出现将严重降低信号对比度。该研究提出一种实用的spike剔除算法。该算法对中值滤波后的数据与原始数据作差,得到偏差数据。用分位数的方法将偏差数据从小到大排序,取中间99%数据作为真实数据作高斯分布拟合。根据spike强度高,稀疏的特性,以光谱中高强度数据的出现概率作为阈值标准剔除spike。最后以中值滤波结果带入原始数据代替spike,从而最大程度还原样本原始信息且不需任何调试参数。以加入不同强度spike的拉曼光谱作为验证对象,实验结果表明本算法对spike检测与去除的灵敏度可以高达99.5%。本算法同时适用于一维拉曼光谱、二维拉曼图像和三维拉曼数据立方体,且算法表现随着维度的增加而提高,一维spike剔除算法能检测超过最大峰强度40%的spike,而在三维拉曼数据立方体中,超过峰值20%的spike即能被检测出。用该算法对40 000条真实拉曼光谱进行处理,可以在不扭曲真实信号的情况下有效地剔除spike,进一步证明了算法的实用性。