酞菁锌掺杂二氧化硅凝胶基质的光谱学特征

利用溶胶凝胶技术将四磺化酞菁锌 (ZnPcS4)成功地引入到了二氧化硅凝胶基质中 ,制备了均匀掺杂的有机 /无机复合干凝胶。研究ZnPcS4分子在溶胶凝胶过程中紫外可见吸收光谱的变化规律以探索其在复合体系中的存在状态。实验表明 ,在溶胶阶段 ,随着时间的延长 ,紫外可见吸收光谱中单体的吸收峰强度增大 ,说明凝胶中酞菁单体的浓度增大 ;而形成凝胶后 ,随着时间的延长 ,紫外可见吸收光谱中单体的吸收峰强度减小 ,二聚体的吸收峰强度增大 ,说明由于体系结构和微化学环境的变化 ,酞菁分子趋向于聚合。     

一种新型的蓝光发射材料δ-Alq3的制备与光谱分析

制备了一种新型的蓝光发射材料δ-Alq3,测试了其红外吸收光谱、X射线衍射谱、紫外-可见光吸收光谱、光致发光光谱和电致发光光谱,并通过与δ-Alq3的光谱性能的比较,研究了Alq3分子空间结构与光谱性能之间的关系.结果表明:δ-Alq3分子空间结构经过真空加热发生变化,生成对称性较差的δ-Alq3;分子空间结构的改变引起Alq3分子中酚环电子云密度的降低和相邻分子间的共轭效应的减弱,导致在紫外-可见吸收光谱中δ-Alq3长波段的π-π*电子跃迁吸收峰向短波方向的移动,在光致发光光谱中δ-Alq3的最大发射峰波长为480 nm,比α-Alq3的最大发射峰波长(515 nm)蓝移35 nm,在电致发光光谱中α-Alq3和δ-Alq3的最大发射峰波长都为520 nm.     

温度对单个活态人红细胞携氧能力的即时影响

利用快速显微多道分光光度技术,在无损、在位、实时的情况下,测定了不同环境温度下单个活态人红细胞内血红蛋白吸收光谱的即时变化情况。发现人红细胞内血红蛋白吸收峰的高度和位置均随环境温度的变化而变化,表明人红细胞的携氧能力与温度密切相关。初步揭示了人红细胞内血红蛋白分子结构、浓度与功能之间的密切关系,并且探讨了温度变化对人红细胞生理功能即时影响的分子机制。     

生物有机大分子中血红素铁可见光谱特性

在实验的基础上 ,对单体血红素、血红蛋白、细胞色素C、过氧化物酶等的可见光吸收光谱进行了比较与分析。生物有机大分子中血红素铁的第五、第六个配位键影响了该有机大分子的可见光谱的特性 ,使吸收峰的形状、位置发生变化。血红素b中铁的第六个配位键的形成使二价铁血红素在红光区有二个吸收峰 ,此时铁原子处于低自旋 ,相对较稳定 ;而在无第六个配位键的高自旋二价铁状态下 ,血红素在红光区表现出只有一个大吸收峰 ,分子处于活泼态。铁第五、第六配位键的状况对含血红素有机物吸收光谱的影响主要是通过改变铁在卟啉环平面上的空间位置和自旋状态等 ,从而改变整个血红素的电子状态所致。血红素的这些光谱特征有利于对含血红素生物有机分子的性质、功能、稳定性等的研究     

取代基位置对轮烯衍生物-阶超极化率影响的理论研究

以[12]轮烯为母体,通过改变取代基的位置构造了一系列轮烯衍生物,运用密度泛函B3YLP方法在6-31G(d)基组水平上计算了分子一阶超极化率β和紫外吸收光谱,研究了分子结构和非线性光学性能的关系.研究发现,二维电荷转移(2DCT)分子2～5均具有较大的β值,且分子3的紫外吸收光谱最大吸收峰和其余分子相比发生蓝移,这对解决"非线性效率-透光性矛盾"给予了很大启示.分子2～5的一阶超极化率的大小和分子构型关系密切,随着键长交替(BLA)的增加,分子的β值不断减小.     

竹红菌甲素与肌红蛋白和血红蛋白相互作用的同步荧光光谱研究

利用同步荧光光谱方法研究了竹红菌甲素(HA)对肌红蛋白和血红蛋白构象的影响。结果表明,HA能够使肌红蛋白和血红蛋白的构象发生改变,导致蛋白质分子中色氨酸和酪氨酸残基所处微环境由原来的疏水环境不同程度地向亲水环境转变。     

LB膜的制膜条件优化及其对光学性能的影响

通过紫外-可见吸收光谱、二次谐波振荡和稳态荧光的测量,研究了半花菁(DAEP)Langmuir-Blodgett(LB)膜在不同制膜条件(压膜速度、半花菁和花生酸混合、亚相中加入碘离子)下,LB膜样品中半花菁分子的聚集体性质的改变和对非线性光学性能的影响.实验发现,纯半花菁LB膜中分子形成H-聚集体,从而导致吸收峰、荧光峰的蓝移和分子二阶非线性极化率β的减少.分子聚集程度的减少和分子二阶非线性系数β的增加可以通过增大压膜速度、半花菁和花生酸混合、亚相中加入碘离子等方法实现.     

取代基位置对轮烯衍生物一阶超极化率影响的理论研究

以 [12]轮烯为母体,通过改变取代基的位置构造了一系列轮烯衍生物,运用密度泛函B3YLP方法在6-31G(d)基组水平上计算了分子一阶超极化率β和紫外吸收光谱,研究了分子结构和非线性光学性能的关系. 研究发现,二维电荷转移（2DCT）分子2-5均具有较大的β值,且分子3的紫外吸收光谱最大吸收峰和其余分子相比发生蓝移,这对解决“非线性效率-透光性矛盾”给予了很大启示. 分子2-5的一阶超极化率的大小和分子构型关系密切,随着键长交替(BLA)的增加,分子的β值不断减小.     

High-resolution Absorption Spectra of Acetylene in 142.8-152.3 nm

利用双光子共振四波混频差频技术产生高分辨、可调谐的真空紫外(VUV)激光,在142.8-152.3nm波长范围内测量了超声射流冷却乙炔分子的吸收光谱. 由于射流冷却的效果和VUV激光高分辨的特性,当前的吸收光谱显示出较以往实验光谱更清晰的光谱振动峰结构,其中主要的三个振动谱峰序列对应了乙炔分子C1Ⅱu态的C-C对称伸缩振动激发(v2=0-2). 此外,148.2 nm处的肩峰则被归属为反对称弯曲振动v4的第一泛频激发,同时由于Renner-Teller效应分裂和跃迁选律的限制,当前的吸收光谱中观测到420(μ1Ⅱu)和420(к1Ⅱu)两个组分. 由此获得了各振动子带的带源位置和半高峰宽. 随着振动的激发,各振动峰逐渐加宽,能级寿命减小.     

蛋白质三元复合物空间定向作用机理的研究——BSA/SDS/天青A反应体系

应用光谱探针技术研究了牛血清白蛋白(BSA)/十二烷基硫酸钠(SDS)/天青A(AA)相互作用的吸收光谱,考察了SDS/BSA摩尔比对BSA/SDS/AA反应体系吸收光谱的影响。研究结果表明,BSA-SDS-AA三元复合物产生新的光谱吸收峰以及变色反应,主要是由于结合态AA分子空间定向作用形成的聚集体聚集程度不同所造成的。     

Optical wavelength selection for portable hemoglobin determination by near-infrared spectroscopy method

Hemoglobin concentration is commonly used in clinical medicine to diagnose anemia, identify bleeding, and manage red blood cell transfusions. The golden standard method for determining hemoglobin concentration in blood requires reagent. Spectral methods were advantageous at fast and non-reagent measurement. However, model calibration with full spectrum is time-consuming. Moreover, it is necessary to use a few variables considering size and cost of instrumentation, especially for a portable biomedical instrument. This study presents different wavelength selection methods for optical wavelengths for total hemoglobin concentration determination in whole blood. The results showed that modelling using only two wavelengths combination (1143 nm, 1298 nm) can keep on the fine predictability with full spectrum. It appears that the proper selection of optical wavelengths can be more effective than using the whole spectra for determination hemoglobin in whole blood. We also discussed the influence of water absorptivity on the wavelength selection. This research provides valuable references for designing portable NIR instruments determining hemoglobin concentration, and may provide some experience for noninvasive hemoglobin measurement by NIR methods.     

高温高压下基于TDLAS的二氧化碳浓度测量方法研究

通过具有高灵敏度、非侵入式等特性的可调谐二极管激光吸收光谱技术对发动机气缸工作过程等高温高压燃烧环境进行实时在线检测,是了解其内部燃烧过程进而研发高效发动机的重要手段之一。作为一种重要的温室气体和化石燃料燃烧的主要产物,二氧化碳对于了解燃烧过程具有重要的意义。为了寻找一种能够对高温高压燃烧过程中的二氧化碳浓度进行快速检测的方法,利用工作在室温条件下的近红外可调谐二极管激光器作为光源,以二氧化碳位于5 006.140 cm-1处的跃迁作为传感谱线,结合固定波长的吸收光谱调制技术,通过该CO₂谱线的一次谐波归一化的二次谐波信号峰值实现对高温高压环境中CO₂浓度测量,建立了一种可用于高温高压环境下的组份浓度的测量方法,通过实验验证得出该方法在5 atm压力、500 K温度下和10 atm压力、1 000 K温度下对于CO₂浓度测量的平均标准偏差为3.99%;另外还对实验中所得CO₂直接吸收及二次谐波信号进行了分析,得到了其吸收光谱在高温高压环境下的特性。     

Small-angle X-ray scattering probe of intermolecular interaction in red blood cells

With high concentrations of hemoglobin(Hb) in red blood cells, self-interactions among these molecules could increase the propensities of their polymerization and aggregation. In the present work, high concentration Hb in solution and red blood cells were analyzed by small-angle X-ray scattering. Calculation of the effective structure factor indicates that the interaction of Hb molecules is the same when they are crowded together in both the cell and physiological saline. The Hb molecules stay individual without the formation of aggregates and clusters in cells.     

基于拉曼光谱方法研究不同剪切力下的红细胞亚损伤

利用共聚焦拉曼光谱技术,对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力,为血液损伤评价提供了一种新的思路。实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析,以确定红细胞谱图特征峰的归属。用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s,大小分别为0,50,100,150,200,250和300 pa的剪切力。利用共聚焦拉曼仪器,在10倍长焦物镜,532 nm激光光源波长,积分时间10 s,积分次数2次,2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化,评估红细胞亚损伤的程度,运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现,红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。且结果表明,拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞,推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。且随着剪切力的增大,1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势,1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高,1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν₁₀振动谱带减弱。其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带,在不同剪切力的作用下,峰强差异表现最明显,与剪切应力呈明显的正向线性关系,拟合效果良好。拉曼光谱法检测样本处理简单、耗时短、操作简便、重现性好,且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化,可以评估红细胞的亚损伤程度,弥补了传统评价溶血的方法的不足,为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段,拓宽了拉曼检测方法的应用领域。     

Characteristics of blood fluorescence spectra using low-level, 457.9-nm excitation from Ar+ laser

We measured the fluorescence spectra of the whole blood, the red blood cell (RBC) and the hemoglobin using 457.9-nm Ar+ laser excitation. It was found that the fluorescence spectra of the whole blood and the RBC have much similarities in the intensity, the emission peaks and the emitting region, and abundant peaks can be found. But for the hemoglobin, fluorescence could only be found in the wavelength range 580-650 nm. It was concluded that in the wavelength range of 650-850 nm, the fluorescence spectra were emitted by the new fluorophores generated by the breakdown of some weak bonds on the RBC membrane,such as the C-C bond and the C-N bond. In the wavelength range of 590 - 650 nm, the fluorescence spectra are mainly emitted by the hemoglobin, but the hemoglobin solution of cracked RBC has a strong quencher effect on the fluorescence spectrum. The experimental result and the theoretical analysis are meaningful for the medical diagnostics and the therapy.     

A new cell for X-ray absorption spectroscopy study under high pressure

X-ray absorption fine structure （XAFS） spectroscopy is a powerful technique for the investigation of the local environment around selected atoms in condensed matter. XAFS under pressure is an important method for the synchrotron source. We design a cell for a high pressure XAFS experiment. Sintered boron carbide is used as the anvils of this high pressure cell in order to obtain a full XAFS spectrum free from diffraction peaks. In addition, a hydraulic pump was adopted to make in-suit pressure modulation. High quality XAFS spectra of ZrH2 under high pressure （up to 13 GPa） were obtained by this cell.     

A new cell for X-ray absorption spectroscopy study under high pressure

X-ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy is a powerful technique for the investigation of the local environment around selected atoms in condensed matter. XAFS under pressure is an important method for the synchrotron source. We design a cell for a high pressure XAFS experiment. Sintered boron carbide is used as the anvils of this high pressure cell in order to obtain a full XAFS spectrum free from diffraction peaks. In addition, a hydraulic pump was adopted to make in-suit pressure modulation. High quality XAFS spectra of ZrH2 under high pressure (up to 13 Gpa) were obtained by this cell.     

皮肤组织容积脉搏波400~1000 nm光谱特性仿真研究

根据皮肤组织解剖结构特性建立了六层层状模型,并给出了皮肤组织各层的特性参数;考虑了氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收特性,依据皮肤组织各层的水、血、脂肪、血氧饱和度含量以及血管大小给出了皮肤组织各层的光谱吸收系数;对不同波长散射系数做了适当简化,给出了皮肤组织各层的光谱散射系数。利用蒙特卡罗方法仿真血管组织在收缩与舒张两种状态下, 400~1 000 nm波长光在皮肤组织多层模型中的传输过程,并通过统计大量光子的分布特性,获得了皮肤组织光谱反射系数,并利用模拟所得的两种状态下的反射系数计算得到了光谱容积脉搏波幅度。仿真结果表明,当入射光强一定时,绿光的容积脉搏波幅度优于红光和蓝光。通过计算不同波长光沿皮肤组织深度方向光能流率衰减为1/e时对应的皮肤组织深度,获得了皮肤组织光谱穿透深度。结果显示,血管舒张状态下蓝光和绿光的穿透深度较小,蓝光大部分只能达到表皮层,绿光能到达微循环层,红光可直达真皮层。考虑到光在皮肤组织中传播包含了一个从收缩到舒张的动态过程,基于此,根据穿透深度定义了脉搏波信号产生深度,利用血管舒张与收缩两种不同状态下的穿透深度计算得到了光谱产生深度。结果表明,不同波长光产生深度大于其穿透深度,蓝光产生深度较浅,且其受到的血液吸收调制较小,因而其获得的脉搏信号易受噪声干扰;红光的容积脉搏波产生深度较大,但是相比于绿光其受血液吸收调制较小,且绿光产生深度足够达到真皮血管层,因而红光容积脉搏波的幅度小于绿光。上述仿真结果明确了皮肤组织部分光谱特性,为皮肤组织多光谱容积脉搏波的精确获取及其他相关研究提供了一定的理论基础。     

High-resolution in vivo imaging of blood vessels without labeling

We demonstrate that both oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin have sequential two-color, two-photon absorption properties that can serve as endogenous contrasts in microvasculature imaging. Using a sensitive modulation transfer technique, we are able to image hemoglobin in red blood cells with micrometer resolution, both in vitro and in vivo. We show that excellent contrast from hemoglobin without any labeling can be obtained in tissue.