多波长消荧光拉曼光谱仪的研制及应用研究

拉曼光谱技术作为探究分子、晶体及其结构特征的有力手段,具有快速、无损、样品用量小、无需前处理且适应性强等优点,已被广泛应用于食品安全、石油化工等领域。但在拉曼光谱应用中,常常受到荧光背景干扰,导致拉曼信号降低,严重的情况下拉曼信号甚至会淹没在荧光背景中。为解决拉曼技术在实际应用中荧光背景干扰的问题,从仪器角度出发,采用二色镜对多波长拉曼光谱进行光路耦合设计,研制了近红外拉曼光谱与移频差分拉曼复合一体的多波长消荧光拉曼光谱检测系统,其中近红外拉曼光谱采用1 064 nm激光光源设计,移频差分拉曼光谱选取784.5和785.5 nm两组激光光源进行时分复用,在移频差分拉曼光谱检测的同时,亦可获得两组单波长拉曼光谱数据。通过对比同步测试和分时逐次测试的强度及峰位稳定性,验证了多波长消荧光拉曼光谱仪的同步测试性能;选取了多种荧光背景强弱不同的样品,进行了单波长拉曼、近红外拉曼及移频差分拉曼光谱的对比分析。针对丙酮、乙腈等荧光背景较弱的样品,可采用单波长拉曼光谱对样品进行定量及定性分析;针对食用油、红色塑胶微粒等荧光背景与拉曼信号强度相当的样品,可采用近红外拉曼光谱对样品进行定量及定性分析;针对红酒、棕色塑胶微粒等荧光背景较强的样品,需结合近红外拉曼光谱和差分拉曼光谱对样品进行定性分析。研究表明：通过多波长消荧光拉曼光谱检测系统的研制,在常规单波长拉曼光谱技术的基础上,将两种抑制荧光干扰技术有机结合,有效扩充了应用领域及样品检测范围。     

Design and performances of electromagnetic particle detector for LHAASO-KM2A

In the Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) project, the one kilometer square extensive air shower array (KM2A) is the the largest detector array in terms of effective area. It consists of 5635 electromagnetic particle detectors (EDs) and 1221 muon detectors (MDs). Each ED is composed of 16 scintillator tiles readout by wavelength-shifting fibers that are bundled and attached by a 25 mm PMT. The design of the unit and its performances, such as photoelectron yield, time resolution and uniformity, are discussed in detail. An assembling scheme for the whole ED is established to guarantee the uniformity throughout all 16 tiles in a single ED and all EDs in mass production.     

Performances and long-term stability of the LHAASO-KM2A prototype array

A prototype array for the LHAASO-KM2A, which consists of 42 detector units and fully overlaps the ARGO-YBJ experiment, was set up at the Yangbajing cosmic ray observatory and has been in stable operation since Octoter 2010. The resulting performances of the KM2A electromagnetic particle detector prototypes fully meet the design requirements. Through hybrid observation of cosmic ray showers with the ARGO-YBJ experiment, the performances and long-term stability of the prototype array are tested and the results are consistent with expectation. The cosmic ray moon shadow observed by the prototype array is also presented.     

基于Gammatone滤波器组时频谱和 卷积神经网络的海底底质分类*

为了有效利用海底底质信号完成海底底质的分类识别,本文提出一种将深度学习方法和底质信号相结合实现底质分类识别的方法。首先利用Gammatone滤波器组计算底质侧扫图像信号的时频谱,最后利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)对得到的时频谱进行分类识别完成底质分类。实验结果表明该方法的底质分类准确率平均达到97.64%,相对于其他方法,分类性能更加优越;同时利用该方法分类海试数据,结果证明该方法具有一定的泛化能力。本文研究结果对实际的海底底质分类具有一定参考意义。     

本征及掺杂石墨烯对2,3,7,8-四氯二苯并呋喃吸附机理的计算模拟研究

二噁英对人类和环境具有较高的毒性,因此,研制出有效的二噁英有机污染物的去除和检测方法尤为重要.本研究采用密度泛函理论模拟方法详细探讨了本征及Ti,Fe及Pt掺杂石墨烯对2,3,7,8-四氯二苯并呋喃(2,3,7,8-tetrachlorodibenzofuran,TCDF)二噁英污染物的吸附机理.研究结果表明,本征石墨烯及掺杂石墨烯表面对TCDF均有一定程度的吸附,而Ti和Fe掺杂石墨烯对TCDF的吸附远大于本征石墨烯对TCDF的吸附.主要原因是TCDF与本征石墨烯之间主要形成了π…π,C-H…π和C-Cl…π非共价的相互作用,而与掺杂石墨烯之间主要形成了metal-O共价相互作用.研究结果有望为石墨烯材料在二噁英污染物TCDF吸附方面的应用提供有价值的理论指导.     

电化学酶传感器在环境污染监测中的应用

电化学酶传感器是一种应用广泛的生物传感器,它将酶及其底物相互作用的特异性与电化学的强大分析功能相结合,已经被广泛应用于药理学、临床、食品、农业以及环境监测中。制备电化学酶传感器的关键步骤是酶的固定化,选择用于制备电化学酶传感器的合适的酶固定化方法,在传感器电子转移动力学、稳定性和重现性等方面起着主要作用。本文在阐述电化学酶传感器工作原理的基础上,简要介绍了用于电化学酶传感器制备过程中的酶固定化方法,重点讨论了电化学酶传感器在监测环境中广泛存在的有机污染物、无机污染物和重金属等方面的应用,并对电化学酶传感器的发展方向进行了展望。     

单一配体与混合配体协同构筑的一系列多酸基化合物:结构、电化学及选择性光催化性能研究

通过使用吡嗪(pz)及其衍生物2,3-萘吩基-苯并吡嗪(npz)和2,3-二苯基-苯并吡嗪(dpz),水热合成了1个基于Lindqvist型和6个Keggin型多酸的化合物,该系列化合物由单一配体或混合配体共同修饰多阴离子而构筑:[Ag~I_2(npz)_4(W_6O_(19))]·(npz)(1),[Ag~I_2(npz)_3(HPW_(12)O_(40))](2),[Ag~I_3(npz)_4(PMo_(12)O_(40))](3),[Ag~I_4(pz)_5(SiMo_(12)O_(40))](4),[Ag~I_4(npz)_2(pz)(PMo~VMo_(11)~(VI)O_(40))](5),[Ag~I_4(npz)_4(dpz)_2(SiW_(12)O_(40))(H_2O)_2](6),{Ag~I_5K~I_2(npz)_4(dpz)_2[H(PW~VW_(11)~(VI)O_(40))_2]}(7),并用X射线单晶衍射表征了它们的结构.化合物1中包含一个扭曲的"I"型的[Ag(npz)_2]~+亚单元,其中两个npz相互垂直.两个[Ag(npz)_2]~+亚单元对称的支撑在[W_6O_(19)]~(2-)阴离子上.在化合物2中,由一个二配位连接型和两个单配位终端npz配体构筑[Ag_2(npz)_3]~(2+)簇,该簇由[PW_(12)O_(40)]~(3-)进一步连接形成"日出"型链.化合物3中包含一个孤立的[Ag_2(npz)_3]~(2+)簇和一个单支撑的多阴离子[Ag~I(npz)(HPW_(12)O_(40))]~-.化合物4展示了一个蜂窝状的Ag-pz层,包含两种环路:六元环I和八元环II.多酸阴离子靠Ag连接形成的多酸二聚体,并倾斜嵌入较大的环路II中.在化合物5中,1个pz和2个npz被4个Ag~I连接形成一个直线型的[Ag_4(npz)_2(pz)]~(4+)亚单元.PMo_(12)多阴离子交替连接链状亚单元从而构筑一个一维链结构.化合物6中存在孤立的[Ag_2(npz)_2(dpz)(H_2O)]~(2+)亚单元和多阴离子.化合物7中,Keggin-K无机链被Ag~I-npz-dpz亚单元连接形成一个二维层.相邻层被多阴离子进一步连接构筑三维框架.此外,还研究了该系列多酸基化合物的电化学和光催化性质.     

单细胞分析技术研究进展

细胞是生命结构和生命活动的基本单位,基于单细胞的研究是生命研究的基础。由于细胞体积极小、细胞微环境复杂并且起到关键作用的组分含量往往较低,因此在很多方面单细胞分析仍然是一项具有挑战性的任务。该文对现有的单细胞分析技术进行归纳、总结,重点介绍了不同单细胞分析技术的特点及其应用的最新进展。     

预警卫星半实物仿真系统设计与实现

国防支援计划(DSP)是美国现役的预警卫星系统,主要对导弹进行早期探测和预警。为评估DSP卫星对目标的探测能力,文中分析了预警卫星的部署情况和工作模式,提出了预警卫星仿真系统的总体设计方案,确定该系统的功能模块以及实现方式;根据预警卫星双波段探测的工作模式构建了红外双色扫描探测模型,提出了基于双霍夫变换的多帧关联目标检测算法,利用目标的运行特性有效去除背景噪声,并结合双波段探测信息融合策略降低卫星虚警率,最后利用双星定位方法预估目标轨迹并对不同发射角目标的预测轨迹与真实轨迹之间的误差进行对比分析。通过试验运行,该系统达到了预期结果,具备对目标导弹的探测和跟踪能力,为导弹性能评估提供一种仿真手段和依据。     

ICP-OES研究活性炭无纺布对镉的吸附

重金属污染是一个相当严重的环境问题。镉具有很强的生物毒性和不可降解性,对生态环境和人体健康有极大威胁,被列为优先控制污染物。环境中镉的主要污染源是电镀、采矿和化学工业等部门的废水,如何简单高效去除水中的镉,有重要的社会意义和经济意义。目前,水中重金属的去除方法有化学沉淀、膜分离、离子交换、吸附、电解等,其中吸附法因简单高效而广泛应用。活性炭纤维是一种新型活性炭,孔径小且均匀,表面官能团发达,吸附性能好,逐步应用于水处理领域。以电感耦合等离子体光谱为检测手段,佐以比表面积分析,X射线衍射,元素分析和傅里叶变换红外光谱,研究比较了三种活性炭纤维(纤维炭网、活性炭无纺布、活性炭纤维毡)的结构特点及其对水中镉的吸附性能。三种活性炭纤维结构基本类似,具有较发达的孔隙结构。活性炭无纺布极性较强,表面有丰富的羟基、羧基、醛基等含氧官能团,对水中镉的吸附作用最大。因此,选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素,如溶液pH,吸附时间等。溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大,在较低pH时,吸附剂与Cd2+间存在静电斥力,同时H+和Cd2+存在竞争吸附,pH>9时,镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果,选择pH为6～7。在吸附的初始阶段,活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加,10 min时,吸附率达到72%。随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充,吸附速率逐渐变慢,300 min时,吸附容量基本无变化,吸附趋于平衡。优化了镉的吸附条件后,进行等温吸附实验和动力学实验。结果表明,25 ℃时,吸附时间为300 min,pH 6.0条件下,当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时,活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。用Langmuir方程(R2=0.997, K_L =1.796 L·mg-1)和Freundich方程(R2=0.895, K_F=0.918 L·mg-1, n=2.12)拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据,Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1,与实验值相当,并且线性系数更高,说明该体系的吸附符合Langmuir方程,主要为单分子层吸附。Langmuir分离因子介于0和1之间,表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。用准一级动力学方程、准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。在吸附的前5 min,镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程(R2=0.985),吸附主要受颗粒内扩散控制。在吸附的5～300 min,颗粒内扩散方程拟合较差。整个吸附过程符合准二级动力学方程(R2=0.999,k₂=0.367 g·mg-1·min-1),Elovich方程(R2=0.981,a=0.271 mg·g-1, b=0.083 mg·g-1·(lg min)-1)和准一级动力学方程(R2=0.927,k₁=0.008 8 min-1)次之,颗粒内扩散方程(R2=0.785)最差。活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。对5.00 mg·L-1含镉水样,活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时,吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1,符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。活性炭无纺布可同时吸附镉,铜,铅,铬等重金属离子,选择性较差。但在电镀、采矿等实际废水中重金属种类复杂,适当提高吸附剂投放量,可同时去除多种重金属。利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样,处理效果好、操作简单,可以作为去除水中镉的吸附剂,为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。