气体摩尔热容的拓展性教学

物质的摩尔热容是热量传递、熵增、焓变等计算中的重要参数之一。为让学生全面掌握摩尔热容的概念及其计算方法，以气体为例，基于文献调研，对理想气体、范德瓦尔斯气体、昂尼斯气体、雷德利克-邝气体的摩尔热容进行了系统化地归纳分析。利用热力学第一定律及热力学相关公式导出了改进型雷德利克-邝气体的摩尔热容。并对气体摩尔热容与物态方程的内在联系、摩尔定压热容与摩尔定体热容的差别进行了讨论与分析。这些研究结果对气体摩尔热容的拓展性教学及学生的创新性自学具有较好的参考价值。     

常见野生蘑菇的红外光谱及其二维相关红外光谱的鉴别

采用傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱对13种常见野生蘑菇进行鉴别研究。结果显示13种野生蘑菇的红外光谱光谱特征相似，主要由蛋白质、多糖的吸收组成，13种样品的相关系数最小为0.779，最大值为0.960。在1 700~1 400和1 400~800 cm-1范围的二阶导数光谱中，各样品吸收峰的强度、位置和形状均有明显差异。二维相关红外光谱在1 380~1 680 cm-1范围的强自动峰整体相近，但自动峰和交叉峰位置、形状存在差异；在920~1 230 cm-1的范围，各样品的自动峰和交叉峰的数量、强度和位置差异明显。结果表明傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱有望发展为区分不同种类蘑菇的快速方法。     

哈斯勒合金Ni45Co5Mn37In13的磁场诱导马氏体相变和反磁热效应研究

通过结构和磁性测量,对Ni45Co5Mn37In13多晶样品的马氏体相变性质进行了系统研究,发现Co原子的间隙掺杂能够提高三元合金奥氏体相与马氏体相之间的磁化强度差异(ΔM).以此为基础,结合基本热力学理论,总结了计算驱动完整马氏体相变所对应临界磁场在热力学上的一般表达式,并结合Ni45Co5Mn37In13的实验结果对该表达式进行了基本讨论,充分证明了磁场诱导马氏体相变不仅与该类合金两相之间的ΔM有关,而且还依赖于合金在相变过程的温度跨度与热滞后.此外,计算了Ni45Co5Mn37In13合金在磁场诱导马氏体相变过程中的反磁热效应.结果表明,该合金的饱和等温熵变约为27J/kg K.而且保持在一个非常宽的温度跨度内,以至于样品在50kOe磁场改变下的磁制冷量已经达到了约340J/kg.     

FTIR光谱结合曲线拟合研究萌发水稻种子

种子的萌发是种子生命历程中的主要组成部分之一,了解种子萌发过程中经历的生理生化变化,准确确定种子的活力,对农业生产很重要,因而,研究种子萌发有重要意义。采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合研究不同萌发程度的水稻种子,以探寻种子贮藏物质动员情况,对不同萌发时间的水稻种子进行傅里叶变换红外光谱、二阶导数光谱、二维相关红外光谱和曲线拟合研究。结果显示,原始红外光谱整体相似,光谱反映出水稻种子的主要贮藏物质为淀粉、蛋白质和脂肪;吸收峰强度比A_{1 659}/A_{1 019},A_{1 740}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 081}随萌发时间的增加而降低。814～1 000和1 028～1 340 cm-1范围内的二维相关红外光谱结果显示自动峰个数和最强自动峰的位置、强度随种子萌发时间的增加而变化,表明种子在萌发过程中糖类和蛋白质发生变化。二阶导数光谱在1 200～950 cm-1范围内出现七个峰,其中988 cm-1处的峰随萌发时间的增加向较高波数蓝移,而1 053和1 158 cm-1处的峰向较低波数红移,表明水稻种子在萌发过程中多糖的结构和含量可能发生了变化;在1 700～1 600 cm-1范围内出现九个峰,其中1 641和1 692 cm-1处的峰呈现随萌发时间的增加红移到较低波数的趋势,表明水稻种子在萌发过程中蛋白质的结构和含量可能发生了变化;在1 800～1 700 cm-1范围二阶导数光谱仅观察到1 712和1 744 cm-1处的两个峰,其中1 744 cm-1由脂类物质C═O伸缩振动引起,为脂肪的特征峰。为进一步研究水稻种子萌发过程中贮藏物质的具体变化,以二阶导数光谱确定的子峰位置和数目为依据,对原始红外光谱的1 200～950与1 800～1 600 cm-1区域进行曲线拟合分析。曲线拟合结果显示,随萌发时间的增加,多糖和蛋白质的相对含量总体上呈现下降趋势,脂肪的相对含量先降后升。研究表明,傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合可作为研究种子萌发的有效手段。     

菲涅耳-基尔霍夫积分与半波带法分析衍射光谱

惠更斯菲 涅耳原理指出光的衍射本质是无穷多次波的相干叠加.在研究衍射光谱的强度时可使用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分进行计算,但该积分的计算较为复杂.为了简化计算而引入菲涅耳半波带的概念,把积分运算简化为振幅矢量的叠加,从而在研究衍射时由菲涅耳-基尔霍夫衍射积分过渡到菲涅耳半波带法.在菲涅耳半波带法中波前上相邻两个半波带到达叠加点的光程差为半个波长,从而导致相位差π.因此相邻两个半波带引起的振动在叠加点发生相消,最终叠加点的光强由发出次波的半波带数目的奇偶性决定.奇数个半波带在叠加点的光强得到加强,偶数个半波带在叠加点的光强发生相消.     

石斛与桑寄生的红外光谱对比分析

用傅里叶变换红外光谱仪测定了石斛与桑寄生的红外光谱,通过比较发现两者光谱较相似,桑寄生与石斛的相似峰个数达到91.7%。主要吸收峰的频率基本一致,反映两样品的主要化学成分相似。利用差谱技术对石斛与桑寄生的光谱进行分析,发现两者的红外光谱差异主要在1800—800cm-1范围,该范围内的差谱反映出两者的差异主要来自黄酮、蛋白质、多糖类化合物的相对含量不同。     

蛋白质二级结构的二维红外相关光谱模拟研究

利用Voigt函数模拟了蛋白质二级结构的红外光谱吸收带和酰胺I带,其中1680cm-1吸收峰被严重叠加。为了研究二维红外相关光谱分析技术对叠加峰的分辨能力,选取1680cm-1吸收峰作为研究对象。当1680cm-1单峰峰高发生变化时,其同步谱中自相关峰能准确的反映出来。当1680cm-1和1640cm-1双峰峰高都发生变化时,其同步谱中自相关峰不但能准确反映出这两个峰的变化,还能获得1680cm-1子峰对外部扰动的灵敏度高于1640cm-1子峰的信息。它们同步谱中负交叉峰说明了1680cm-1和1640cm-1的变化取向相反,异步谱中该位置的负交叉峰说明了1640cm-1的变化快于1680cm-1。二维相关分析的结果和模拟吸收带假设的变化情况一致。研究表明二维红外相关光谱技术具有高分辨率、高灵敏度等优点,可以用于研究严重叠加的酰胺I带,获取蛋白质二级结构变化的相关信息。     

农作物锈病叶傅里叶变换红外光谱检测方法研究

在农作物生产中，不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在，严重影响产品品质及食用安全，快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、二阶导数红外光谱（SD-IR）及二维相关红外光谱（2D-IR））对蚕豆、玉米、葱和蒜正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。结果显示，正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。原始光谱中正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异，蚕豆的正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A_{1 410}/A_{1 646}分别为0.698，0.624和0.616，A_{2 926}/A_{1 646}相应比值分别为0.665，0.638和0.552；玉米的相应比值A_{1 649}/A_{1 055}分别为0.813，0.696，0.691，A_{1 382}/A_{1 055}相应比值分别为0.552，0.478和0.465，A_{2 926}/A_{1 055}相应比值分别为0.574，0.467和0.469；葱的相应比值A_{1 382}/A_{1 061}分别为0.843，0.821和0.704，A_{2 923}/A_{1 061}相应比值分别为0.707，0.680和0.489；以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内，正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。二维相关红外光谱显示，正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、数目及强度存在显著差异。蚕豆正常叶出现4个强自动峰，2组强的正交叉峰；病斑附近绿色部位出现5个强自动峰，4组强正交叉峰；锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰，5组强正交叉峰；蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强，而正常叶的各个自动峰的强度最低。玉米正常叶出现9个强自动峰，12组强的正交叉峰；病斑附近绿色部位出现11个强自动峰，3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰；锈病叶病斑处出现6个强自动峰，3组强正交叉峰；蒜正常叶出现9个强自动峰，8组强的正交叉峰；病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰，10组强正交叉峰；锈病叶病斑处出现6个强自动峰，1组强正交叉峰；玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强，而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。葱正常叶出现9个强自动峰，5组强的正交叉峰；病斑附近绿色部位出现8个强自动峰，3组强正交叉峰；锈病叶病斑处出现3个强自动峰，无正交叉峰出现。葱正常叶的各个自动峰的强度最强，而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。结果表明，利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、快速地鉴别研究农作物锈病叶，有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。     

哈斯勒合金Ni-Fe-Mn-In的马氏体相变与磁特性研究

利用电弧炉制备了Ni_50-xFe_xMn₃₇In₁₃(x=1, 3, 5) 多晶样品, 通过结构和磁性测量, 系统分析了Ni_50-xFe_xMn₃₇In₁₃(x=1, 3, 5)样品的晶体结构和马氏体相变. 结果表明, 三样品在室温下呈现出了不同的晶体结构. 同时, 随着Fe含量的增加, 样品的马氏体相变温度急剧下降, 而铁磁性却逐渐增强. 研究了Fe3和Fe5样品在反马氏体相变过程中的磁电阻和磁卡效应. 在外加3 T的磁场下, 两样品在反马氏体相变区域所表现出的磁电阻效应分别约为-46%和-15%, 而等温熵变则约为6 J·kg^{-1·K-1和9.5 J}·kg^{-1·K-1. 然而, 伴随非常宽的相变温跨和较小的磁滞损失, Fe3样品在反马氏体相变区域的净制冷量达到96 J}·kg^-1.     

傅里叶变换红外光谱结合SIMCA对宣威火腿鉴别研究

运用傅里叶变换红外光谱结合SIMCA模式识别方法对3种不同年限30个宣威火腿样品进行鉴别研究。结果显示,3种不同年限宣威火腿的傅里叶变换红外原始光谱差异不明显。选取1 800~800cm~(-1)范围光谱数据进行二阶导数处理,运用SIMCA模式识别法对3种不同年限宣威火腿样品的二阶导数光谱数据进行主成分分析(PCA)和系统聚类分析(HCA))。结果表明:利用傅里叶变换红外光谱结合SIMCA模式识别方法能够很好的对不同年限宣威火腿进行区分,其中PCA分析3种不同年限宣威火腿样品的组间和组内差异明显,系统聚类分析的正确识别率达到93%。表明傅里叶变换红外光谱结合SIMCA模式识别方法是一种有力的火腿鉴别工具。