TDLAS氧气测量系统中激光器调谐性能测试与优化

TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术以其分子光谱高选择性、速度快、灵敏度高、非接触测量等难以取代的优势,成为燃烧过程诊断等应用的首选,可以有效用于氧气测量。DFB(分布反馈)半导体激光器以其体积小、功耗低、寿命长、线宽窄、波长可调谐等优点成为TDLAS系统的主要选择,而其调谐特性是制约系统测量性能的关键因素。根据TDLAS氧气测量系统工作要求,采用一种简单易行的实验方法对系统中用到的764 nm DFB激光器的电流波长、温度波长和电流功率等重要调谐特性进行了测试和分析,发现出射光谱窄线宽、高边模抑制比和宽波长可调谐范围等特点明显,电流波长调谐曲线近似但并非严格线性、调谐速率约0.023 nm·mA-1,温度越高阈值电流越大、PI曲线也并非严格线性,温度调谐特性曲线线性较好、波长温度调谐速率基本保持恒定约为0.056 nm·℃-1。可见各种调谐曲线的非线性失真比较明显,影响氧气测量精度。温度调谐非线性可以通过温控精度的提高来消除,电流功率调谐非线性可以通过设置参考光强来消除。为了进一步解决电流波长调谐非线性问题,根据DFB半导体激光器的调谐机理和电流波长测试结果的多项式拟合,考虑通过DA控制注入电流的方式对电流波长调谐非线性进行补偿。这种方法针对不同激光器只需在系统初次工作之前进行一次多项式拟合,方案合理、实现简单且不影响测量过程。实验证明,补偿之后的λI曲线线性拟合残差小于1 pm,远小于补偿前的22 pm,效果明显,为氧气各种参数TDLAS精确测量和反演提供了依据。     

基于光谱学分析的聚氨酯弹性体/聚磷酸铵/氢氧化铝复合材料阻燃机理研究

采用熔融共混技术,将聚磷酸铵(APP)和氢氧化铝(ATH)引入到聚氨酯弹性体(TPU)中,制备了一系列热塑性聚氨酯/聚磷酸铵/氢氧化铝(TPU/APP/ATH)复合材料。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、激光拉曼光谱研究了TPU和阻燃TPU(FR-TPU)复合材料燃烧后炭渣的微观形貌、表面结构、元素组成、键合状态和石墨化程度,结合阻燃性能测试,揭示APP和ATH的协同阻燃机制。SEM分析表明相较于APP与ATH单独使用,TPU/APP/ATH炭层的空洞结构更少,炭渣的致密性更高。XPS分析表明FR-TPU的炭渣中C元素含量相比于纯TPU有所降低,O元素的含量有所上升,其中TPU/APP10/ATH10的C元素含量从88.2%降至69.24%,O元素的含量从8.07%升至17.78%,P和Al元素含量相较于单独添加分别从11.74%和16.36%下降至3.91%和3.31%。在此基础上,通过对C元素的分峰拟合发现TPU炭渣中C—C/C—H,C—O/C—N和CO/CN含量分别为61.05%,35.65%和3.30%;TPU/APP10/ATH10炭渣中三种结构含量分别为45.38%,45.00%和9.63%,说明ATH和APP复配使用有利于C元素形成酯、醚、羰基、羧酸（盐）、酯基等结构。通过对O元素的分峰拟合发现,TPU炭渣中O₂/H₂O,—O—,O三种结构含量分别为28.75%,44.36%和26.89%;TPU/APP10/ATH10炭渣中O₂/H₂O,—O—,O三种结构含量分别为44.33%,32.78%和22.89%,说明APP和ATH的加入有利于炭渣中O元素形成O₂/H₂O结构。通过对N元素的分峰拟合发现,TPU炭渣中—NH—,N结构的N元素含量分别为40.93%和59.07%;TPU/APP10/ATH10中—NH—,N结构的N元素含量分别47.17%和52.83%,说明ATH与APP复配使用促进了—NH—结构的形成。拉曼测试表明,相比于单独使用,APP和ATH复配使用,炭层的石墨化程度更好,致密性更高。以上分析结合阻燃测试可以得出TPU/APP/ATH复合材料阻燃机制：ATH受热分解生成氧化铝,吸收热量并释放大量水蒸气,有效促进APP降解,生成不燃性的氨气和聚磷酸,氨气和水蒸气稀释可燃性气体的浓度。随着温度继续升高,氧化铝可继续与聚磷酸反应生成偏磷酸铝[Al(PO₃)₃],同步催化聚氨酯基体成炭,形成高度石墨化炭层,石墨化炭层与偏磷酸铝一起覆盖在基体表面,有效抑制燃烧区域物质以及能量的输运,从而达到阻燃目的。     

黄素体系电子转移过程光谱研究

黄素类物质在生物体内广泛存在,是许多电子转移反应的活性中心,也是电子传递链的重要组成部分。其受到光照激发后引起的电子转移,是许多生命过程的基础与起始步骤。特别地,一种名为隐花色素的黄素蛋白在光激发后经一系列电子转移形成自旋相关自由基对,被认为是最有可能的生物磁敏物质,更使黄素体系电子转移过程的动力学,特别是自旋动力学过程倍受关注。对黄素电子转移过程及相关机理进行研究,有助于厘清多种生命过程的化学机理与影响因素。为此,科学界综合运用了多种仪器与测试手段,其中主要包括紫外-可见光谱,荧光光谱,瞬态吸收光谱,光化学诱导动态核极化（Photo-CIDNP）技术等。通过多年的研究,对黄素在生物体内的作用机理与电子转移过程的认识经历了由浅入深,不断深入的过程。紫外-可见光谱（UV-Vis）主要用于研究黄素系统中的电子激发,自旋动力学和电子转移。结合理论计算,UV-Vis还可以识别电子转移中涉及的基团并进行定量分析。荧光光谱可以识别电子受激发的物质,在反应过程中观察黄素和半醌中间体的产生和消耗,并确定其氧化还原和质子化状态。瞬态吸收光谱适于观测反应过程中出现的短寿命物种,其中飞秒泵浦探测技术的引入大大提高了观测的时间分辨率,并且可以通过光谱特征区分单重态和三重态的自由基对。光化学诱导动态核极化核磁共振（NMR）可以直接观察电子-核自旋动力学过程。磁场依赖性photo-CIDNP NMR揭示了控制单重态与三重态互变的因素,并提出了生物地磁导航可能依赖的化学机制。腔吸收与单分子光谱的运用,从技术上提高了实验装置的灵敏度并降低检测限。主要介绍黄素体系电子转移过程研究所运用的各种光谱手段与取得的成果,并展望其未来。     

Study on Adsorption States by Surface-Enhanced Raman Spectroscopy

Abstract

SERS has been used as a state-resolving probe to study the adsorption states. in the case of pyridine (Py) adsorbed on the Ag electrode surface, the equilibrium and transition between two adsorbed states, i.e., the perpendicular mode adsorbed through the nitrogen lone-pair electrons and the flat mode through the π electrons of the aromatic ring, were studied. It was found that in the low pyridine concentration or the initial stage of adsorption, the flat mode was favored. While the concentration became higher and the adsorption tended to equilibrium, the adsorbed molecules would transit to the perpendicular mode. The similar phenomenon was also observed when changing the applied electric potential and the pH value of the solution. In the case of the adsorption of Methylene Blue (MB) on the HNO₃-etched silver surface, the influence of Cl^? ions on the adsorption states of MB was investigated. It showed that MB molecules adsorbed on the silver surface tended to transform from the “lying-down” state to the “end-on” state while adding Cl^? ions.     

Revised molecular constants and term values for the XΠ and BΣ states of OH

An improved set of molecular constants and term values are given for the X²Π (v = 0–13) and B²Σ⁺ (v = 0 and 1) states of the OH radical. They are derived from a fit of previously published laboratory data and additional lines taken from infrared solar spectra recorded on orbit.     

Time-resolved study of the AΠ state of CaH by laser spectroscopy

A time-resolved experiment on the A²Π state of gaseous calcium hydride has been performed by applying laser spectroscopic methods. The following zero-pressure lifetime was obtained for the CaH A²Π state: τ_υ´=0 = 33.2 (±3.2) ns and τ_υ´=1 = 33.7 (±5.2) ns. The lifetime was found to be the same for the A²Π_½ and A²Π_3/2 states.     

荧光光谱法研究Hg(Ⅱ)与牛血清白蛋白的相互作用

在pH为7.15、离子强度为0.15mol/L的NaCl溶液条件下,采用荧光光谱法研究了Hg（Ⅱ）与牛血清白蛋白的相互作用。实验结果表明,Hg（Ⅱ）对牛血清白蛋白的荧光强度猝灭机理是一种静态猝灭,且Hg2＋与牛血清白蛋白结合的位点数为2,表观络合常数（K）为2.468×10^10L^2·mol^-2。     

白酒单体物质紫外荧光光谱研究

白酒荧光光谱是由各种单体物质的荧光共同叠加而表征出来的。不同品牌的白酒中所含的单体物质种类基本相同,都包括水、酒精以及各种微量成分,然而其荧光光谱却差别很大。白酒中的各种单体物质成分究竟是如何对白酒的荧光光谱产生影响,至今未见相关报道。通过对白酒中的主要单体物质,包扩酒精、水及各种主要的微量成分(共10种)在不同激发波长下产生的荧光光谱进行测定,并将其与已测定的大量白酒三维荧光光谱进行对比发现,可以对白酒的荧光光谱产生影响的单体物质是乙醇和主要微量成分。白酒主要微量成分中醇类、酸类、酯类和醛类物质对其荧光光谱都有着一定的影响,但各自影响的程度及影响的光谱范围又各自有所不同。研究结果对白酒荧光光谱的进一步细化研究有着重要的意义。     

不同提取方法对菟丝子总黄酮和金属元素锌的含量比较研究

分别采用常规回流提取法、石油醚脱脂-索氏提取法和微波辅助萃取法对中药菟丝子进行提取;以芦丁为对照品,紫外分光光度法测定提取物中总黄酮的含量;原子吸收光谱法测定提取液中金属元素锌的含量,以总黄酮的含量和金属元素锌的含量为考察指标,明确金属元素锌的提取与黄酮类总含量之间的关系。结果表明,3种提取方法中,微波辅助萃取法具有高效、省时等优点,提取效果最好,锌元素的含量与总黄酮的含量成正比。     

化学特征指纹技术在溢油鉴别研究的应用进展

从模糊聚类分析法、油指纹配比法、主要物质分析法等方面介绍了化学特征指纹图谱技术在鉴别溢油源研究方面的进展。