Sextic centrifugal distortion constants: interplay of density functional and basis set for accurate yet feasible computations

Quantum-chemical calculations assist the analysis of laboratory spectra, and often provide the only means to determine spectroscopic data that cannot be accessed experimentally. Accurate predictions of vibrational and rotational spectroscopic parameters are required for applications in the field of high-resolution molecular spectroscopy. While the accuracy issue of the quantum-chemical calculation of vibrational properties and of equilibrium structures has been addressed in the literature, the same is not true for centrifugal distortion constants that however play an essential role for the interpretation of remote sensing data. In this work, the performance of several model chemistries, rooted mainly in density functional theory, in computing sextic centrifugal distortion constants is assessed employing a benchmark set of molecules of both atmospheric and astrochemical relevance. The Jensen’s (aug-)pcs-n basis sets, different flavours of Dunning’s triple-ζ basis sets and the SNSD basis set, are employed in conjunction with different functionals, and their predictions are benchmarked against experimental and theoretical data at the coupled cluster level of theory. This study also demonstrates the reliability of the calculation of sextic centrifugal distortion constants within the Gaussian16 rev. B.01 program package. Reliable predictions of the sextic centrifugal distortion constants for the gauche- and trans-conformers of ethyl-mercaptan are also presented.     

挤压-堆积复合法制备As_2S_3红外硫系玻璃光子晶体光纤及其特性研究

在利用多极法优化设计光子晶体光纤结构的基础上,充分结合挤压和堆积两种方法的优点,提出了基于挤压-堆积的新型硫系光子晶体光纤制备技术,利用As2S3硫系玻璃制备了三层孔环结构光子晶体光纤.通过理论模拟分析得出了该光纤的色散特性和零色散点,测试了1 550 nm近红外光纤激光在该光纤中的传输效果和纤芯光斑能量分布,利用该光斑测试验证了该光纤在近红外的光能传输局部限制能力和光子晶体的光学初步控制现象.     

基于高光谱成像技术的滩羊肉新鲜度快速检测研究

滩羊肉的新鲜度是其品质安全的一个重要衡量指标，也是肉品品质安全控制的关键环节。挥发性盐基氮（TVB-N）是表征肉品腐败过程主要的化学信息，能有效地评价出滩羊肉的新鲜度。然而，TVB-N的传统检测过程繁琐且人为影响因素大，检测结果缺乏客观性和一致性，不能满足当今肉品检测过程无损、快速、高效的需求。高光谱成像技术符合现代检测技术向多源信息融合方向发展的需求，已在食品安全领域得到广泛应用。利用可见/近红外高光谱成像技术（400~1 000 nm）结合动力学和化学计量学方法以及计算机编程技术，将同时实现滩羊肉贮存期内（15 ℃环境）TVB-N 浓度的快速检测和贮藏期的预测。研究中提取每个样品感兴趣区域的平均光谱数据，选用蒙特卡洛算法剔除异常样本。采用X-Y共生距离（SPXY）法划分为校正集和预测集，分别选用多元散射校正（multiplicative scatter correction, MSC）、卷积平滑（savitzky-golay, SG）、标准变量变换（standard normalized variate, SNV）、归一化（normalization）、基线校准（baseline）五种方法对原始光谱数据进行预处理，优选出最佳预处理方法。采用竞争性自适应重加权法（campetitive adaptive reweighted sampling, CARS）和连续投影算法（successive projections algorithm, SPA）分别提取了21个和6个特征波长。为优化模型并提高其模型精度，采用SPA算法对 CARS 所选特征波长进行二次提取，优选出14个特征波长。基于所提取的特征波长建立TVB-N浓度的PLSR模型，优选出 SNV-CARS-SPA-PLSR 模型具有较高的预测能力（R2_c=0.88，RMSEC=2.51, R2_p=0.65, RMSEP=2.11）。同时，建立了滩羊肉TVB-N变化与贮藏时间的动力学模型，并将优化后的光谱模型和动力学反应模型相结合建立了滩羊肉光谱吸光度值与贮藏时间的高光谱动力学模型，实现对贮藏时间的预测，并通过 PLS-DA判别模型对滩羊肉贮藏时间进行判别分析（校正集判别准确率为100%，预测集为97%）。研究表明，利用可见/近红外高光谱成像技术结合动力学和化学计量学方法以及计算机编程技术，可以有效地实现滩羊肉品质智能监控与质量安全快速无损分析，为开发实时在线检测装备提供理论参考。     

Preparation and Characterization of Activated Carbon from Microwave and Conventional Heated Almond Shells Using Phosphoric Acid Activation

Activated carbon production from almond shells using phosphoric acid activation agent was achieved by applying both conventional heating and microwave heating in succession. The morphology and surface properties of activated carbon were studied using thermogravimetric and differential gravimetric analysis, Fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and Brunauer–Emmett–Teller analysis. A surface area of 1128 m²/g was achieved by optimizing the microwave power (500?W), microwave application time (15?minutes), conventional heating time (45?minutes), conventional heating temperature (500?°C), and the phosphoric acid:sample ratio (0.7:1). An adsorption capacity of methylene blue of 148?mg/g and an iodine value of 791?mg/g was obtained for the prepared activated carbon.     

癫痫大鼠海马神经元生化分子的同步辐射显微红外光谱成像研究

癫痫是影响所有年龄段的慢性脑功能障碍，主要特征为整个或局部脑区神经元异常同步化高频群集动作电位发放。利用神经毒素海人藻酸（KA）立体定位注射入大鼠海马，诱导大鼠产生癫痫持续状态，建立颞叶癫痫大鼠模型。应用同步辐射显微光谱和同步辐射显微光谱成像分析癫痫持续状态发作后24小时的颞叶癫痫大鼠海马角（CA）1区神经元生物化学分子的胞内浓度和分布是否改变。结果显示反映蛋白质二级结构的酰胺Ⅰ在1 655 cm-1的振动频率和属于脂类功能集团的2 800～3 000 cm-1振动频率，在正常对照大鼠海马CA1神经元胞体内呈高浓度分布，但在癫痫大鼠海马CA1神经元胞体，反映蛋白质二级内呈低浓度分布，并且以细胞核分布浓度最低，但在神经元胞体外围分布浓度相对较高。属于核酸集团的1 055～1 054 cm-1 PO₂反对称拉伸振动在正常和癫痫大鼠海马CA1神经元胞体内分布趋势没有差异，都在胞体内呈高浓度分布，尤其在细胞核分布浓度最高。对属于酰胺Ⅰ的吸收频率进行二级导数分析显示癫痫海马神经元的酰胺Ⅰ相对于正常对照多出1个1 653 cm-1附近的负峰。以上结果提示在发生癫痫持续发作后海马神经元生物化学分子的细胞分布会出现变化。     

焦炉上升管内壁结焦炭层的光谱学分析及结焦机理研究

以焦炉上升管内壁结焦炭层块为研究对象，采用X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）和激光共聚焦拉曼光谱仪（Raman）对结焦炭层的元素组成，以及各结焦炭层的矿物组成、组成结构和分子结构进行测试。分析从结焦炭层块外表面向内表面过渡的各结焦炭层的差异性，揭示焦炉上升管内壁结焦机理。结果表明焦炉上升管内粉尘中Fe，S和Cr极易催化荒煤气中蒽、萘等稠环芳烃化合物成炭，在焦炉上升管内壁形成炭颗粒沉积，为焦油凝结挂壁提供载体，在荒煤气温度降至结焦温度时易结焦积碳。结焦炭层均含有芳香层结构，随着结焦炭层从外表面向内表面过渡，各结焦炭层的面层间距(d₀₀₂)逐渐降低、层片直径(L_a)先降低后增加、层片堆砌高度(Lc)和芳香层数(N)先稳定后增加。结焦炭层石墨化过程是由结焦炭层内表面向外表面进行，主要包括其片层外缘的羧基和部分C-O结构的降解剥离，从而形成高度规整的共轭结构。结焦炭层块中C元素是以结晶碳与无定型碳的混合物形式存在。以上研究为解决焦炉上升管内壁结焦及腐蚀问题，提高换热器换热效率，有效回收焦炉荒煤气显热，降低焦化企业能耗提供实验基础和理论依据。     

Infrared Spectroscopy of Size-Selected Hydrated Carbon Dioxide Radical Anions CO2.−(H2O)n (n=2–61) in the C−O Stretch Region

Understanding the intrinsic properties of the hydrated carbon dioxide radical anions CO₂^.−(H₂O)_n is relevant for electrochemical carbon dioxide functionalization. CO₂^.−(H₂O)_n (n=2–61) is investigated by using infrared action spectroscopy in the 1150–2220 cm⁻¹ region in an ICR (ion cyclotron resonance) cell cooled to T=80 K. The spectra show an absorption band around 1280 cm⁻¹, which is assigned to the symmetric C−O stretching vibration ν_s. It blueshifts with increasing cluster size, reaching the bulk value, within the experimental linewidth, for n=20. The antisymmetric C−O vibration ν_as is strongly coupled with the water bending mode ν₂, causing a broad feature at approximately 1650 cm⁻¹. For larger clusters, an additional broad and weak band appears above 1900 cm⁻¹ similar to bulk water, which is assigned to a combination band of water bending and libration modes. Quantum chemical calculations provide insight into the interaction of CO₂^.− with the hydrogen-bonding network.     

深度卷积网络的多品种多厂商药品近红外光谱分类

近红外光谱（NIR）分析具有分析高效、样品无损、环境无污染以及可现场检测等优点，特别适合药品的快速建模分析。但NIR存在吸收强度弱以及谱带重叠等缺点，需要建立稳健可靠的化学计量学模型对其进行分析。深度卷积神经网络是深度学习方法中一个重要分支，它通过逐层抽取数据特征并进行组合、转换，形成更高层的语义特征，具有极强的建模能力，广泛应用于计算机视觉、语音识别等领域，而在药品NIR分析方面尚未见报道。基于深度卷积网络模型，对药品NIR多分类建模进行研究。针对药品NIR数据的特点，设计若干个面向多品种、多厂商药品NIR分类的一维深度卷积网络模型。模型中卷积层和池化层交叠排列用于逐层抽取NIR数据特征，输出层连接softmax分类器，对药品NIR数据进行分类概率预测。在输出层之前采用全局最大池化层，将特征图进行整体池化，形成一个特征点，用于解决全连接层存在的限制输入维度大小，参数过多的问题。同时，在网络模型中引入批处理操作和dropout机制，以防止梯度消失和减小网络过拟合的风险。在网络模型的设计过程中，通过设计不同的卷积网络层数以及不同的卷积核尺寸大小，分析其对建模效果的影响，同时分析五种经典数据预处理方法对NIR分析的影响。以我国7个厂商生产的头孢克肟片和11个厂商生产的苯妥英钠片样本NIR为实验对象， 建立药品的多品种、多厂商分类模型，该模型在二分类、多分类实验中取得了良好的分类效果。在十八分类实验中，当训练集与测试集比例为7∶3时，分类准确率为99.37±0.45，比SVM, BP, AE和ELM算法取得更优的分类性能。同时，深度卷积神经网络模型推理速度较快，优于SVM和ELM算法，但训练速度慢于二者。大量实验结果表明，深度卷积神经网络可对多品种、多厂商药品NIR数据准确、可靠地判别分类，且模型具有良好的鲁棒性和可扩展性。该方法也可推广到烟草、石化等其他领域的NIR数据分类应用中。     

小鼠小梁细胞与肌成纤维细胞的同步辐射红外显微光谱

原发性开角型青光眼是常见的致盲性眼部疾病。眼压升高是原发性开角型青光眼发生和发展最主要的危险因素，是由小梁网途径的房水外流排出系统发生病变、房水流出阻力增加所致。研究表明，房水中存在的转化生长因子-β能够使小梁细胞纤维化，诱导小梁细胞过度增殖，从而阻碍房水外流，导致原发性开角型青光眼的发生。原发性开角型青光眼发病隐蔽，病程进展缓慢，早期没有任何症状，往往到晚期视力视野有显著损害时，才会被发现，因此原发性开角型青光眼的早期诊断尤为重要。同步辐射红外显微成像结合高亮度、高分辨率的同步辐射源，同时配备傅里叶变换红外光谱仪与红外显微镜，可以实现细胞的检测。这对从分子层面获取细胞的变化信息，深入理解疾病的发病机制以及疾病的早期诊断具有非常重要的意义。虽然有很多红外光谱在生物医学领域的研究报道，但是应用红外光谱显微成像技术研究细胞等生物医学体系仍然是亟待发展的领域，并且目前未找到关于红外光谱用于小梁网细胞的检测报道。在体外用转化生长因子-β对老鼠小梁网细胞进行诱导，使其转化为肌成纤维细胞，模拟小梁细胞纤维化过程。对小梁网细胞以及经转化生长因子-β诱导形成的肌成纤维细胞进行同步辐射红外显微成像及光谱分析，并进一步探讨同步辐射用于早期诊断原发性开角型青光眼的可行性。研究表明肌成纤维细胞内的弹性蛋白明显高于小梁网细胞，而弹性蛋白中95%为非极性氨基酸，即氨基酸的侧链基团R基只有C和H两种元素。对比两种细胞的红外谱图，发现在2 934，2 900和2 845 cm-1，肌成纤维细胞的 CH₃，CH₂和CH的伸缩振动明显强于小梁网细胞，推测可能是由于转化生长因子-β诱导后细胞内弹性蛋白增加所致。在细胞层面检测了小梁网细胞的过度增殖，为将来可以直接获取细胞的红外光谱从而检测小梁网细胞的增殖程度，进而检测原发性开角型青光眼等疾病奠定了基础。得出同步辐射红外谱学与显微成像有望成为检测原发性开角型青光眼新手段的结论，也为将来便携式红外显微光谱仪临床实时检测青光眼等疾病提供了依据。